c). materiale~ y accesorios para instala- clones electricas . .. materiales y... · 2016-08-11 ·...
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c) Materiale~ y accesorios para instala-ClOnes electricas
1- Materiales
a) Alambres
EI alambre maa usado en electrotecnia es el alambre de cobre debido a su buena conductibilidad y a un precio relativamente bajo
Ultimamente ha aumentado mucho el uso del aluminio a pesar de requerir una mayor seccion paratener la milma conductibilishydad Los cables de aluminio estiin frecuentemente combinados conmiddot
1 alambres de acero para aumentar 8U resistencia mecanica La linea i (Iedellin-G _t--ctCAlupe usa pe alambres de aluminio con alma de
1
- 40shy
Never Fogon
y Parrilla
eledrica
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eatos alambres tienen una secclon total de 107 mm2 Para hacer mas flexibles los conductores no se hacen macizoB
acero
37
sino que se forman de varios alambres que se retuercen entre st Asi pe el alambre flexible No 14 (vease cuadro 4 del apendlce) cOsta de
alambritos del No 29 torcidos entre si Por supuesto exlste tambien el alambre Ndeg 14 maCizo
Por 10 general hay que aislar los alambres convenlentemente Las sustanclas usadas para esto IllS veremos en el proximo capitulo
En las plantas eIectricas para intensidades muy altas se usan en lugar de alambres comunes barras de cobre
Alambres de resistencia (para calentadores etc) se fabrican de metales a mas comunmente de aleaciones y se usan en forma de alamores cintas u hojas (Sobre los detalles de estos vease el cuadro 3 del apendice)
Vamos a repetir en esta ocaslon 10 que ya dijimos al estuCliar las muflas electricas que algunas veces en vez de alambres de calefacshycion se usan sustancias no metallcas As p e la 4 silita que es un material semejante al carborundum (carburo de siliclo) se prepara en grandes cantidades en forma de barras para servir en reostatos de calefaccion
Es muy comun ver en los liQros americanos 0 en sus traduccloshynes el area de los conductores expresada en circular-mils ( miles circulares) Un mil circular es el area de un pequeno circulo de un milesimo de pulgada de diametro
Lucgo 1 mil circular = 00005067 mm2 bull I Imm2 = 1973 miles clrculares
La ultima columna del cuadro 4 del apendice nos muestra la intensidad maxima que resiste uQ conductor Este dato e8 muy inishyportante porquesirve combinado con el dato de perdida de voltaje para determinar EI numero del alambre indic~do para determinada instalacl6r Sabemos que cuando una corriente pasa por un conducshytor este se calienta EI calor desprendido es proporcional ai cuadrado del la intensidad y si esta aumenta demasiado el calor puede perjushydicar el ais~amiento razOn por la cual se ha tijado para cada numero de alambre la intensidad maxima que puede atravesarlo sin elevar au temperatura mas de 60deg
En grandes lineas de transmision desempena un papel muy importante la resistencia a la tension y el coeficiente de expansion del alambre Por esta razon a veces no se usa el cobre puro y se preshyfieren aleaclones que tienen mayor resistencia mecar-lea aun sashyerificando algo la buena eonductlbilidad del eobre puro Aunque los alambres de cobre u otros metales predominim coshymo conductores se usa como auxiliar carbono a grafito (escobillas eiectrodos etc ) Por supuesto la resistencia especifica del carbono es muy alta y p~r esto se emplea 10 menos posible yen secciones muy grandes Su resistencia especifica es alrededor de 5000 veces mayor que la del eobre
El usa de soluciones mercurio y otras sustanclas como eonducshytores Hene importancia secundaria Hasta I misma tierra los rios etc pueden servir de conductores como veremos mas tarde
PROBLEMA EI tablero de distribuclon en la figura 39 esta a una distancia de 150 pies del interruptor principal Del tablero de distribucion se desprenden 3 Iineas ramales cada una de 50 pies Cada ramal tiene 6 lamparas cada una para 110 voltios y 100 vatios i Cual grueso hay que escoger para la linea principal 0 sea la linea entre el interruptor principal yelmiddot tablero de ditribucion Cada ramal transporta 545 amperios Ahora bien para esta inshytensidad se podria usar el alambre NQ 16 (vease cuadra 5 del apendishyce) Pero por cuestiones de seguridad ntecanica es mas recomendashyble emplear en los ramales alambre Ndeg 14
La linea principal Heva la suma de las intensidades de los rashy
41shy
acero estos alambres tienen una lIeCClon total de 107 mm2 Para hacer mas flexibles los conductores no Ill hacen macizoa
sino que se forman de vanos alambres que se retuercen entre Sl AS1 pe el alambre flexible No 14 (vease cuadro 4 del apendice)coJlsta de 37 alambritos del No 29 torciqos entre sl Por supuesto existe tambien el alambre Ndeg 14 macizo
Por 10 general hay que aialar los alambres convenientemente Las sustancias usadas para esto las veremoa en el proximo capitulo
En las plantas electricas parfl intensidadea muy altas se usan en lugar de alambres comunes barras de cobre
Alambres de resistencia (para calentadores etc) se fabrican de metales 0 mas comunmente de aleaciones y se usan en forma de alambres cintas u hojas (Sobre (os detalles de estos vease el cuadro 3 del apendice)middot
Vamos a repetir en esta ocaslon 10 que ya dijimos al estu(iiarlas muflas eIectricas que algunas veces en vez de alambres de calefacshycion se ltsan lIustancias no metillcas ASI p e la 4 sHita que es un material semejante al carborunClum (carburo de siUcio) se prepara en grandes cantidades en forma de barras para serVir en reostatos de calefaccion
Es muy comun ver en los lilros americanos 0 en sus traduccio- nes el area de los conductores expresada en circular-mils ( milell circulares) Un mil circular es el area de un pequeno drculo de un milesimo de pulgada de diametromiddot
Luegol 1 mil circular 00005067 mm2 bull I Imm2 = 1973 miles circulares
La ultima columna del cuadro 4 del apendice nos muestra la intensidad mlixima que resiste un conductor Este dato es muy inishyportante porquesirve combinado con el dato de perdida de voltaje paradeterminar al numero del alambre indicado para determinada instalacior Sabemos que cuando una corriente pasa por un conducshytor estese calienta EI calor desprendido es proporcional ai cuadrado de la intensidad y si esta aumenta demasiado el calor puede perjushydicar el aisamiento raz6n por la cual se ha tijado para cada numero de alamhre la intensidad maxima que puede atravesarlo sin elevar su temperatura mas de 60deg
En grandes lineas de transmisi6n desempena un papel muy importante la resistencia a la tension y el coeficiente de expansion del alambre Por esta raz6n a veces no se usa el cobre puro y se preshyneren aleaciones que tienen mayor resistencia mecanica aun sashycrificando algo la huena conducVbilidad del cobre puro
Aunque los alambres de cobre u otros metales predominan coshymo conductores se usa como auxiliar carbono 0 grafito (escobillas eiectrodos etc ) Por supuesto la resistencia especifica del carbono es muy alta y par esto se emplea 10 menos posible y en secciones muy grandes Su resistencia especifica es alrededor de 5000 veces mayor que Ia del cobre
El usa de soluciones mercurio y otras sustancias como conducshytores iene importancia secundaria Hasta la misma tierra los rlos etcmiddot pueden servir de conductores como veremos mas tarde
PROBLEMA El tablero de distribuci6n en la figura 39 esta a una distancia de 150 pies del interruptor principal Del tablero de distribucion se desprenden 3 IIneas ramales cada una de 50 pies Cada ramal tiene 6 lamparas cada una para 110 voltios y HIO vatios iCual grueso hay que escoger para Ia llnea principal 0 sea la llnea entre el interruptor principal yel tablero de ditribuci6n
Caia ramal transporta 545 amperios Ahora bien para esta inshy tensidad se podna usar el alambre Ndeg 16 (vease cuadro 5 del apendishyee) Pero por cuestiones de seguridad meclinica es mas recomendashyble emplear en los ramales alambre Ndeg 14
La llnea principal lleva la suma de las intensidades de los rashy
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males 0 sea 3 X5~5 = 1635 amperios Encontramos en nuestro cuashydro 1e alambres que para transportar este amperaje hay que escoshyger el alantbre Ndeg 12 puesto que el alambre Ndeg 14 no resiste sino
Fig ~39
15 amperios y el alambre NdegI3 por 10 ge~eralno 10 hayen el contercio Luego tendremos Distancia entre tablero y lamparas 50 pies Longitud de alambre en cada ramal (2X50) 100 pies Resistencia de 100 pies de alambre Ndeg 14 02530hmioshyPerdida de voltaje en el ramal (545XO253) 138 voltios
Longitud dealainbre principal (2 X150) 300 pies Resistencia de 300 pies Ndeg 12(03Xl588) 04760hmios Perdida de Voltaje linea principal (I635XO476) 778 voltios Perdida total entre el switch principal y las lamparas instaladas(778Xl38) 916 voltios Resulta pues que en nuestra instalacion hecha para no voltios hay una perdida de 916 voltios 0 sea de un 83 Esta perdida no puede permitirse Lo mas que admiten hoy en dia de perdida de voltajt en tales instalaciones es un 5 Nos vemos pues obligados a escoger paraia linea principal un alambre mas gruesoel cual ocashysionamerios perdida devoltaje Si tomamos pe alambre Ndeg 10
Iii perdida en la liQea principal sera 491 voltios porque en este caso la resistencia de los 300 pies de alambre Ndeg 10 no es sino 03 ohmios Luego la perdida total entre el interruptor y lamparas sera 491 X 138 =629 voltios 10 que representa un tanto por dento de573en una ihstalacionde 110voltioll Esposible que el electricista haga Ia instashylacion con este alambre aunque todavia la perdida es muy alta Seria tal vez mucho mas recomendable usar alambre Ndeg8bull
De problemas analogos que cada uno puede plantearse facHshymente porcuenta propia serevela la importancia tan grande que tiene la perdida de voltaje en estal) instalacionespara la escogencia del alambre apropiado Por supuesto lograra uno siemple escoger uno que no origina sino una perdida insignificante pero con frecuerida resulta que entonces este alambre es tan grueso y por esto tan caro Y tan pesado que el ingeniero opta mas bien por carribiar compleshytamente el voltaje del generador alimentador (Importancia dedsishyva en las linens de corriente alternade larga distancia Vease mas tarde al capitulo sobre distribucion y venta de corriente eIectrica
- 43
b) Materiales aislantes Co~o dijimos en ~I capitulo a~terior los conductores elctri shy
cos hay que alslarlos convenlent~shymente bien sea entre Sl por medlo de capas aisladoras bien de los soporshytes que los sostienen
Todo conductor malo puede sershyvir como aislador el material aproshypiado se escoge segun el caracter del cuerpo que hay que aislar
EI aislador mas barato y mas senshycillo es el aire
Entre las sustancias artificiales Y naturales las mas usadas comO aisla-
Fig 40
dores ~on las siguientes ~ateshyrlas vltreas esmaltes piedras como pizarras mica marmol asbesto porcela na esteatita etcoseas como huesos y marfil sustancias resinosas como beshytun asfalto cera parafinacaushycho ebonita gutapercha ade-shymaspapel celuloide seda azushyfre ambar aceites etc etc La capacidad aisladora de esshytos cuerpos esta en cierta relashycion con sus constantes dieIecshytricas EI empleo de cada uno depende de sus propiedades poundlsishycas y quimicas EI caucho se usa para recushybrir p e los conductores de coshybre en este caso se usa el caushycho en combinacion con teji shydos de algodon 0 seda EI espeshy80r de Ia capa aisladora depen-
Fig 41
-- 43
b) Materiales aislantes Como dijimos en el capitulo anterior los conductores electrishy
cos hay que aislarlosconvenienteshymente bien sea entre sl por medio de capas aisladoras bien de los soporshytes que los 8Ostienen
Todo conductor malo puede sershyvir como aislador el material aproshypiado se escoge segun el caracter del cuerpo que hay que aislar
EI aislador mas barato y mas senshycillo es el aire
Entre las sustanciasartificiales y naturales las mas usadas como aisla-
Fig 40 u dores son las siguientes mateshyrias vltreas esmaltes piedras como pizarras mica marmol gt asbesto porcelana esteatita etcoseas como huesos y marfil sustancias resinosas como beshytunasfalto cera parafinacaushycho ebonita gutaperchaj ade- mas papel celuloide seda azushyfre ambar aceites etc etc
La capaddad aisladora de esshytos cuerpos esta en derta rela cion con sus constantes dieIecshytricas EI empleo de cada uno depende de BUS propiedades fisi cas y quimicasbull EI caucho se usa para recushybrir p e los conductores de coshybreI en este caso se usa el caushycho en combinadon con tejishydos de algodon 0 seda EI espeshyBor de Ja capa aisladora depen-
Fig 41
44 --
de del voltaje y de las condiciones del ambiente a las que va a estar sometido el conductor En transformadores y maqulnas donde el espacio es escaso se reemplaza el aislamiento grueso de caucho por una capa de esmalte 0 barniz aisiador
Porcelana vidrio ebonita mica etc se usan mas comosoporshytes aisladores y asi toman formas apropiadas para recibir los cables en los llamados propiamente aisladores (figs 40 4142) 0 en forma de tubos botones placas etc
En el ultimo ano se han hecho ensayes muy interesantes con oxishydo de aluminio fundido material aislante mucho mejor que-la porshycelana pero tal vez tambien mucho mas caro bull
EI asfalto se ve con-mucha frecuencia en las pilas secas y tamshybien 10 usan con muy buen resultado para impregnar bobinas en el interior de motores y generadores
Gran importancia tiene el llamado aceite de transformadores que se usa para sumergir en el los devanados de aqueHos aparatos y que tiene que cumplir ciertas condiciones rigurosas pe tiene que estar libre de agua absolutamente
- La esteatita y otros minerales de magnesio desempeiian un gran papel como aisladores buenos sobre todo en regiones donde hay yashycimientoll de estos materiales como pe al rededor de Medellin
c) Electrodos
Aunque en las plantas electroquimicas se emplean a veces eshylectrodos de distintos metales como oro plata plomoaluminio hieshy
rro etc y aunque todo estudiante conoce muy bien el empleo de los electrodos de platino en los laboratorios el material mas importante para electrodos es el carbono Con mucha lrecuencia se reemplazan tambien en los laboratorios los electrodos de platino por electrodos de carbono porque ademas de ser mas barato el carbono tiene en la mashyyorhi de los casos la misma ventaja que el platino de no ser atacado por las sustancias que Ierodean
Claro que la preparacion de los electrodos es un trabajo que re quiere mucho cuidado Las materias primas para eHos son cok anshytracita negro de humo breas y alquitran Todas estas sustancias que deben Silr sumamente puras (sobre todo libres de cenizas) por 10 general se emplean juntas Se mezclan convenientemente se les da
~ en una prensa hidraulica la forma que se desea y se calcinan despues en hornos anulares
Muy semejante hasta con frecuencia identico al material de los elcctrodos es el material del cual se hacen los carbones de las lampashyras de arco voltaic y las escobiUas de los motores y generadores
II-Instrumentos de medida f
a) Para ITledir iiltensidad
EI instrumento que mide la intensidad de una corriente se llashyma amperimetro Ya dijiInos en la parte teoricaque un amperimetro tiene que intercalarse siempre en el circuito se dice que el ampeshyrimetro se coloca en serie con el aparato cuya intensidad quiere medirse Por esto el electricista que trabaja con un amperimetro debe tener en cuenta siempre que el mismo instrumento gasta energia etectricapero por 10 general la potencia de gasto de tal instrumento es baja y despreciable De esto se deduce que sureshysistencia interior debe ser muy pequena Por 10 mismo sipor error un amperimetro se intercala en paralelo con Ia fuente deenergia seshy
45
I ue danara el instrumento ra tan intensa ~corr~ent que dat~~~iretros mencionarem08 Ir~-
Entre los stm o~ IpOS el coulombimetro que ya deSCrIlshymero-aunq~e Improplamene6 orquc sirve para definir internaClOshymos en la prlmera partt pag P nalmente la unidad de In- tensidad de corriente Peshyro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo cOo amperimetro es necesarlO valerse de un reloj y de una balanza
Los demas alnperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos elect~oshymagneticos y e~ectrotershymicos de la cornente feshynomenos que se hacen tanto mas not~rios canshy Fig 43to mayor cs la intensldad deIacorriente etros electromagneticos mostramos en la fishy
Entre los alper~m ll Se funda en el principio siguientel gura 44 uno de os n~as se~cl degjcam 0 magnetico interior de un soshyunnucfeo de hIerro es atratdo a I ~ la intensidad Si por un sisteshylenoid~ con una fue~za proporclona ue el movimiento del nucleo de ma nlecanico aproPlad~ hacbmo~n~ escala graduada debidamente hierro rnueva un1a abgpatso) rebtendren~os un amperimetro sencillo ( con un cou om Ime ro 0 pe La figura A8 muestr~ otro aparashy
to de este tipo Sirve Plra cc rca En In figura 45 de la pag Slgmente
vemosotro2pemdDl~~co_rnagshynetiCOdcl tipo IIamado de cuadro movil Consta este aparato de un iman permanente y una bobma ~oshylocada en el campo de este Iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de ~n camshypo magnetico segut 10 exphcado en la-Jiag- 85 de la prlm~ra parte enshytend~mos que la boblna se rctueve
_ (gira) si pasa por el~a una corrl~nte_ Entenderemos meJor el fUllcl0fashymicnto de este aparatc alestudlar
el capitulo correspondu~nte a mo tores electricos pues leIlesenCla o eS mas qu~ un pelueno ~otorelec trico cuyomovimlento glratorlo es limitadopor un resorte regulado~ - Este instrumento puedemiddot usar~e
uniltamente para corriente Cf~lshy FIg 44 nua Los instrunumtos de preCISion
bull t son-de este tipo(Sistema d Arsonshypara medlr corlen~ Cit l~ua struccion la cOnseguimos haciendo val) Una mOd~IClaClon Ie eSt a con de una bobina por la cual pasa la girar una bruJu a ein e In erlor
co~rientef 46 49 nos muestran e sistema llamado ele~troshy Las Iguras Y d nde de la acdon de una corrlente dihamico c~yaOperacont e~e aaro que la primera corriente crea electric~ sobre o~rl cor(len -htzo en el ejemplo anterior el ~nan un campo tme)a~~e~~~md~ ~orriente ohra en este campomagnetuo
permanen
- 45shy
fa tan intensa la corriente que 10 atraviesa que daiiara el instrumento Entrelos distintos tipos de amperimetros mencionaremos pri shy
mero--aunque impropiamente-el coulombimetro que ya describishymos en la primera liarte pag 36 porque sirve para definir internacioshynalmente la unidad de inshytensidad de corriente Pe- - I
ro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo como
amperimetro es necesario valerse de un reloj y de una balanza
Los demas amperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos electroshymagneticos y electrotershymicos de la corriente feshynomenos que se hacen tanto mas notorios cuan~ to mayor es la intensidad Fig 43
de la corriente Entre los amperlmetros electromagneticos mostramos en la fishy
gura 44 uno de los mas sencillos Se funda en el principio siguientel un nucIeo de hierro es atraido al campo magnetico interior de un soshylenoide con una fuerza proporcional a la intensidad Si por un sisteshyma nlecanico apropiado hacemos que el movimiento del nucleo de hierro mueva una aguja sobre una escala graduada debidamente (pe con un coulombimetro) obtendremos un amperimetro sencillo
La figura 48muestra otro aparashyto de este tipo Sirve para cc y ca
En la figura 45 de la pag siguiente vemosotro lllPerimettAel~co~magshynetiCOdeltipo Hamado de cuadro- movil Consta este aparato de I1n iman permanente y una bobina coshylocada en el campo de este iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de un cam- po m~gneticoJ segun 10 explicado en la-pug 85 de la primera parte enshyten~$mos que Ia bobina se mueve (gira) si pasa por ella una corrientel Entenderemos mejor el funciona shymiento de este aparato alestudiar el capitulo correspondiente a moshytores electricos pues (en~estmcia no es mas qu~ un pequeiio motor elecshytrico cuyomovimiento giratorio es 1imitadopor~n resorte regulador ~ Este nstrumento puedemiddot usaise
Fig 44 unisamente para corriente conti nua Loll instru~entos de precision
para medir corriente cohtinuason~Ie este tipo(Sistema d Arsonshyval) Una modificacion de esta construccion la conseguimos haciendo girar una brujula en el interior de una bobina por la cual pasa la corriente I
I Las figuras 46 y 49 nos muestran el sistema Ilamado electroshydiitamico cuya Operacion depende de la accian de una corriente electrica sobre otra corriente~Es Claro que la primera corriente crea un campo magnetico (10 que hizo en el ejemplo anterior el iman
permanente) la segunda corriente ohra en eate campo magnetico
I
- 46shy
siendo tambien aqui su movimiento limitado por la accion de un reshysorte La misma figura 49 nos muestra una bobina movil montada soshybre un eje que se mueve en el interior de una bobinlil fija La corriente
atraviesa la bobina movil entra y sale por los resortes en espiral que al mismo tiempo obran mecanicamente Por la misma razon que un moshytor de corriente continua puede trabajar con corriente alterna (vease mas tarde)esteins~rumTnto sirve 10 mismo para corriente alterna y pashyra corrlente contlnu~
Yaque hemos acenshy ~ tuado la semejania enshy tre estos instrumentos y los motores electri-
cos no parece por de-mas mencionar que hay tambien un ampeshyrimetro de corriente almiddot
terna monofasica consshytruldo analogamente al motor asincronico de induccion que estudiashyremos mas tarde
EI amperimetro de la figura 47 se basa en un principiocompletamenshyte distinto a los anterioshyres En efectolo que se usa en el es el calentashymiento producido en un alambre metalico por la corriente electrica El calentamiento hashy
ce dilatar el alambre y esta dilataci6n se mishyde por cualquier comshybinacion mecanica En algunos instrumentos finos el calentamiento se midecon un par ter- Fig 45 moelectrico
Desde luego tambien este instrumento sirve para corriente conshytinua y alterna~ De la ultima mi-middot de segun las exshyplicaciones que
dimos en la prishymera parte el vashylor efectivo
La exactitud de los amperimetros y de los otros insshytrumentos de meshydida en sus forshymas c~merciales varia por supuesshyto La precision de un instrumen- tgt se acostumbra dar en tanto por
100 del valor inshydicado Se tiene Fig 46
- 47middotshy
como limite de exactitud 01 En los instrumentos finos la exacshytitud es 025 del valor total de la escala en los tipos medios 05 en los portatiles pequenos 1 en los instrumentos de tablero usashydos como buenos la exactitud es solo de 1 _ En los instrumentos de alta precisionla parte movil tiene con frecuencia un pequenoespejo que refleja un rayo de luz dirigido aproshypiadamente contra cl EI rayo reflectado da contra una escala grande graduada en una pantalla (metodo de Gauss y Poggendorff)
Muy hnportantees en los instrumentos un buen amortiguashymiento de la partemovil Ell por supuesto muy fastidioso que la ashyguja del instrumento oscile muchisimas veces a la izquierda y a la derechade manera que el observador no puede leer bien el valor
a larnhre ermico---shy ---
lIilo de cocentre t-
I
Fig 47
exacto EI amortiguamiento se lleva a cabo con-una paltitade alumishynio que presenta gran resistencia al movimfento en una camara de aire como se ve en la fig 48 que representa un amperim(tro de nucleo de hierro 0 en la fig 49 que representa unamperimetro electrodinamico
A veces el amortiguamiento se consigue conun disco de cobre que se expone a corrientes parasitas (vcaseprimera parte pag 97)
Un interes especial merece la cuestionde ampIiacion del campo de medicion En efecto en el comercio se encueritrardon mucha freshycuencia instrumentos que sirven para varios campos de medicionbull
La figura 50 nos muestra el exterior de un amperimetro de corrienshy te continua con trescampos de medicion AI b~ton G + lie fija siemshy
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 40shy
Never Fogon
y Parrilla
eledrica
41
eatos alambres tienen una secclon total de 107 mm2 Para hacer mas flexibles los conductores no se hacen macizoB
acero
37
sino que se forman de varios alambres que se retuercen entre st Asi pe el alambre flexible No 14 (vease cuadro 4 del apendlce) cOsta de
alambritos del No 29 torcidos entre si Por supuesto exlste tambien el alambre Ndeg 14 maCizo
Por 10 general hay que aislar los alambres convenlentemente Las sustanclas usadas para esto IllS veremos en el proximo capitulo
En las plantas eIectricas para intensidades muy altas se usan en lugar de alambres comunes barras de cobre
Alambres de resistencia (para calentadores etc) se fabrican de metales a mas comunmente de aleaciones y se usan en forma de alamores cintas u hojas (Sobre los detalles de estos vease el cuadro 3 del apendice)
Vamos a repetir en esta ocaslon 10 que ya dijimos al estuCliar las muflas electricas que algunas veces en vez de alambres de calefacshycion se usan sustancias no metallcas As p e la 4 silita que es un material semejante al carborundum (carburo de siliclo) se prepara en grandes cantidades en forma de barras para servir en reostatos de calefaccion
Es muy comun ver en los liQros americanos 0 en sus traduccloshynes el area de los conductores expresada en circular-mils ( miles circulares) Un mil circular es el area de un pequeno circulo de un milesimo de pulgada de diametro
Lucgo 1 mil circular = 00005067 mm2 bull I Imm2 = 1973 miles clrculares
La ultima columna del cuadro 4 del apendice nos muestra la intensidad maxima que resiste uQ conductor Este dato e8 muy inishyportante porquesirve combinado con el dato de perdida de voltaje para determinar EI numero del alambre indic~do para determinada instalacl6r Sabemos que cuando una corriente pasa por un conducshytor este se calienta EI calor desprendido es proporcional ai cuadrado del la intensidad y si esta aumenta demasiado el calor puede perjushydicar el ais~amiento razOn por la cual se ha tijado para cada numero de alambre la intensidad maxima que puede atravesarlo sin elevar au temperatura mas de 60deg
En grandes lineas de transmision desempena un papel muy importante la resistencia a la tension y el coeficiente de expansion del alambre Por esta razon a veces no se usa el cobre puro y se preshyfieren aleaclones que tienen mayor resistencia mecar-lea aun sashyerificando algo la buena eonductlbilidad del eobre puro Aunque los alambres de cobre u otros metales predominim coshymo conductores se usa como auxiliar carbono a grafito (escobillas eiectrodos etc ) Por supuesto la resistencia especifica del carbono es muy alta y p~r esto se emplea 10 menos posible yen secciones muy grandes Su resistencia especifica es alrededor de 5000 veces mayor que la del eobre
El usa de soluciones mercurio y otras sustanclas como eonducshytores Hene importancia secundaria Hasta I misma tierra los rios etc pueden servir de conductores como veremos mas tarde
PROBLEMA EI tablero de distribuclon en la figura 39 esta a una distancia de 150 pies del interruptor principal Del tablero de distribucion se desprenden 3 Iineas ramales cada una de 50 pies Cada ramal tiene 6 lamparas cada una para 110 voltios y 100 vatios i Cual grueso hay que escoger para la linea principal 0 sea la linea entre el interruptor principal yelmiddot tablero de ditribucion Cada ramal transporta 545 amperios Ahora bien para esta inshytensidad se podria usar el alambre NQ 16 (vease cuadra 5 del apendishyce) Pero por cuestiones de seguridad ntecanica es mas recomendashyble emplear en los ramales alambre Ndeg 14
La linea principal Heva la suma de las intensidades de los rashy
41shy
acero estos alambres tienen una lIeCClon total de 107 mm2 Para hacer mas flexibles los conductores no Ill hacen macizoa
sino que se forman de vanos alambres que se retuercen entre Sl AS1 pe el alambre flexible No 14 (vease cuadro 4 del apendice)coJlsta de 37 alambritos del No 29 torciqos entre sl Por supuesto existe tambien el alambre Ndeg 14 macizo
Por 10 general hay que aialar los alambres convenientemente Las sustancias usadas para esto las veremoa en el proximo capitulo
En las plantas electricas parfl intensidadea muy altas se usan en lugar de alambres comunes barras de cobre
Alambres de resistencia (para calentadores etc) se fabrican de metales 0 mas comunmente de aleaciones y se usan en forma de alambres cintas u hojas (Sobre (os detalles de estos vease el cuadro 3 del apendice)middot
Vamos a repetir en esta ocaslon 10 que ya dijimos al estu(iiarlas muflas eIectricas que algunas veces en vez de alambres de calefacshycion se ltsan lIustancias no metillcas ASI p e la 4 sHita que es un material semejante al carborunClum (carburo de siUcio) se prepara en grandes cantidades en forma de barras para serVir en reostatos de calefaccion
Es muy comun ver en los lilros americanos 0 en sus traduccio- nes el area de los conductores expresada en circular-mils ( milell circulares) Un mil circular es el area de un pequeno drculo de un milesimo de pulgada de diametromiddot
Luegol 1 mil circular 00005067 mm2 bull I Imm2 = 1973 miles circulares
La ultima columna del cuadro 4 del apendice nos muestra la intensidad mlixima que resiste un conductor Este dato es muy inishyportante porquesirve combinado con el dato de perdida de voltaje paradeterminar al numero del alambre indicado para determinada instalacior Sabemos que cuando una corriente pasa por un conducshytor estese calienta EI calor desprendido es proporcional ai cuadrado de la intensidad y si esta aumenta demasiado el calor puede perjushydicar el aisamiento raz6n por la cual se ha tijado para cada numero de alamhre la intensidad maxima que puede atravesarlo sin elevar su temperatura mas de 60deg
En grandes lineas de transmisi6n desempena un papel muy importante la resistencia a la tension y el coeficiente de expansion del alambre Por esta raz6n a veces no se usa el cobre puro y se preshyneren aleaciones que tienen mayor resistencia mecanica aun sashycrificando algo la huena conducVbilidad del cobre puro
Aunque los alambres de cobre u otros metales predominan coshymo conductores se usa como auxiliar carbono 0 grafito (escobillas eiectrodos etc ) Por supuesto la resistencia especifica del carbono es muy alta y par esto se emplea 10 menos posible y en secciones muy grandes Su resistencia especifica es alrededor de 5000 veces mayor que Ia del cobre
El usa de soluciones mercurio y otras sustancias como conducshytores iene importancia secundaria Hasta la misma tierra los rlos etcmiddot pueden servir de conductores como veremos mas tarde
PROBLEMA El tablero de distribuci6n en la figura 39 esta a una distancia de 150 pies del interruptor principal Del tablero de distribucion se desprenden 3 IIneas ramales cada una de 50 pies Cada ramal tiene 6 lamparas cada una para 110 voltios y HIO vatios iCual grueso hay que escoger para Ia llnea principal 0 sea la llnea entre el interruptor principal yel tablero de ditribuci6n
Caia ramal transporta 545 amperios Ahora bien para esta inshy tensidad se podna usar el alambre Ndeg 16 (vease cuadro 5 del apendishyee) Pero por cuestiones de seguridad meclinica es mas recomendashyble emplear en los ramales alambre Ndeg 14
La llnea principal lleva la suma de las intensidades de los rashy
- 42shy
males 0 sea 3 X5~5 = 1635 amperios Encontramos en nuestro cuashydro 1e alambres que para transportar este amperaje hay que escoshyger el alantbre Ndeg 12 puesto que el alambre Ndeg 14 no resiste sino
Fig ~39
15 amperios y el alambre NdegI3 por 10 ge~eralno 10 hayen el contercio Luego tendremos Distancia entre tablero y lamparas 50 pies Longitud de alambre en cada ramal (2X50) 100 pies Resistencia de 100 pies de alambre Ndeg 14 02530hmioshyPerdida de voltaje en el ramal (545XO253) 138 voltios
Longitud dealainbre principal (2 X150) 300 pies Resistencia de 300 pies Ndeg 12(03Xl588) 04760hmios Perdida de Voltaje linea principal (I635XO476) 778 voltios Perdida total entre el switch principal y las lamparas instaladas(778Xl38) 916 voltios Resulta pues que en nuestra instalacion hecha para no voltios hay una perdida de 916 voltios 0 sea de un 83 Esta perdida no puede permitirse Lo mas que admiten hoy en dia de perdida de voltajt en tales instalaciones es un 5 Nos vemos pues obligados a escoger paraia linea principal un alambre mas gruesoel cual ocashysionamerios perdida devoltaje Si tomamos pe alambre Ndeg 10
Iii perdida en la liQea principal sera 491 voltios porque en este caso la resistencia de los 300 pies de alambre Ndeg 10 no es sino 03 ohmios Luego la perdida total entre el interruptor y lamparas sera 491 X 138 =629 voltios 10 que representa un tanto por dento de573en una ihstalacionde 110voltioll Esposible que el electricista haga Ia instashylacion con este alambre aunque todavia la perdida es muy alta Seria tal vez mucho mas recomendable usar alambre Ndeg8bull
De problemas analogos que cada uno puede plantearse facHshymente porcuenta propia serevela la importancia tan grande que tiene la perdida de voltaje en estal) instalacionespara la escogencia del alambre apropiado Por supuesto lograra uno siemple escoger uno que no origina sino una perdida insignificante pero con frecuerida resulta que entonces este alambre es tan grueso y por esto tan caro Y tan pesado que el ingeniero opta mas bien por carribiar compleshytamente el voltaje del generador alimentador (Importancia dedsishyva en las linens de corriente alternade larga distancia Vease mas tarde al capitulo sobre distribucion y venta de corriente eIectrica
- 43
b) Materiales aislantes Co~o dijimos en ~I capitulo a~terior los conductores elctri shy
cos hay que alslarlos convenlent~shymente bien sea entre Sl por medlo de capas aisladoras bien de los soporshytes que los sostienen
Todo conductor malo puede sershyvir como aislador el material aproshypiado se escoge segun el caracter del cuerpo que hay que aislar
EI aislador mas barato y mas senshycillo es el aire
Entre las sustancias artificiales Y naturales las mas usadas comO aisla-
Fig 40
dores ~on las siguientes ~ateshyrlas vltreas esmaltes piedras como pizarras mica marmol asbesto porcela na esteatita etcoseas como huesos y marfil sustancias resinosas como beshytun asfalto cera parafinacaushycho ebonita gutapercha ade-shymaspapel celuloide seda azushyfre ambar aceites etc etc La capacidad aisladora de esshytos cuerpos esta en cierta relashycion con sus constantes dieIecshytricas EI empleo de cada uno depende de sus propiedades poundlsishycas y quimicas EI caucho se usa para recushybrir p e los conductores de coshybre en este caso se usa el caushycho en combinacion con teji shydos de algodon 0 seda EI espeshy80r de Ia capa aisladora depen-
Fig 41
-- 43
b) Materiales aislantes Como dijimos en el capitulo anterior los conductores electrishy
cos hay que aislarlosconvenienteshymente bien sea entre sl por medio de capas aisladoras bien de los soporshytes que los 8Ostienen
Todo conductor malo puede sershyvir como aislador el material aproshypiado se escoge segun el caracter del cuerpo que hay que aislar
EI aislador mas barato y mas senshycillo es el aire
Entre las sustanciasartificiales y naturales las mas usadas como aisla-
Fig 40 u dores son las siguientes mateshyrias vltreas esmaltes piedras como pizarras mica marmol gt asbesto porcelana esteatita etcoseas como huesos y marfil sustancias resinosas como beshytunasfalto cera parafinacaushycho ebonita gutaperchaj ade- mas papel celuloide seda azushyfre ambar aceites etc etc
La capaddad aisladora de esshytos cuerpos esta en derta rela cion con sus constantes dieIecshytricas EI empleo de cada uno depende de BUS propiedades fisi cas y quimicasbull EI caucho se usa para recushybrir p e los conductores de coshybreI en este caso se usa el caushycho en combinadon con tejishydos de algodon 0 seda EI espeshyBor de Ja capa aisladora depen-
Fig 41
44 --
de del voltaje y de las condiciones del ambiente a las que va a estar sometido el conductor En transformadores y maqulnas donde el espacio es escaso se reemplaza el aislamiento grueso de caucho por una capa de esmalte 0 barniz aisiador
Porcelana vidrio ebonita mica etc se usan mas comosoporshytes aisladores y asi toman formas apropiadas para recibir los cables en los llamados propiamente aisladores (figs 40 4142) 0 en forma de tubos botones placas etc
En el ultimo ano se han hecho ensayes muy interesantes con oxishydo de aluminio fundido material aislante mucho mejor que-la porshycelana pero tal vez tambien mucho mas caro bull
EI asfalto se ve con-mucha frecuencia en las pilas secas y tamshybien 10 usan con muy buen resultado para impregnar bobinas en el interior de motores y generadores
Gran importancia tiene el llamado aceite de transformadores que se usa para sumergir en el los devanados de aqueHos aparatos y que tiene que cumplir ciertas condiciones rigurosas pe tiene que estar libre de agua absolutamente
- La esteatita y otros minerales de magnesio desempeiian un gran papel como aisladores buenos sobre todo en regiones donde hay yashycimientoll de estos materiales como pe al rededor de Medellin
c) Electrodos
Aunque en las plantas electroquimicas se emplean a veces eshylectrodos de distintos metales como oro plata plomoaluminio hieshy
rro etc y aunque todo estudiante conoce muy bien el empleo de los electrodos de platino en los laboratorios el material mas importante para electrodos es el carbono Con mucha lrecuencia se reemplazan tambien en los laboratorios los electrodos de platino por electrodos de carbono porque ademas de ser mas barato el carbono tiene en la mashyyorhi de los casos la misma ventaja que el platino de no ser atacado por las sustancias que Ierodean
Claro que la preparacion de los electrodos es un trabajo que re quiere mucho cuidado Las materias primas para eHos son cok anshytracita negro de humo breas y alquitran Todas estas sustancias que deben Silr sumamente puras (sobre todo libres de cenizas) por 10 general se emplean juntas Se mezclan convenientemente se les da
~ en una prensa hidraulica la forma que se desea y se calcinan despues en hornos anulares
Muy semejante hasta con frecuencia identico al material de los elcctrodos es el material del cual se hacen los carbones de las lampashyras de arco voltaic y las escobiUas de los motores y generadores
II-Instrumentos de medida f
a) Para ITledir iiltensidad
EI instrumento que mide la intensidad de una corriente se llashyma amperimetro Ya dijiInos en la parte teoricaque un amperimetro tiene que intercalarse siempre en el circuito se dice que el ampeshyrimetro se coloca en serie con el aparato cuya intensidad quiere medirse Por esto el electricista que trabaja con un amperimetro debe tener en cuenta siempre que el mismo instrumento gasta energia etectricapero por 10 general la potencia de gasto de tal instrumento es baja y despreciable De esto se deduce que sureshysistencia interior debe ser muy pequena Por 10 mismo sipor error un amperimetro se intercala en paralelo con Ia fuente deenergia seshy
45
I ue danara el instrumento ra tan intensa ~corr~ent que dat~~~iretros mencionarem08 Ir~-
Entre los stm o~ IpOS el coulombimetro que ya deSCrIlshymero-aunq~e Improplamene6 orquc sirve para definir internaClOshymos en la prlmera partt pag P nalmente la unidad de In- tensidad de corriente Peshyro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo cOo amperimetro es necesarlO valerse de un reloj y de una balanza
Los demas alnperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos elect~oshymagneticos y e~ectrotershymicos de la cornente feshynomenos que se hacen tanto mas not~rios canshy Fig 43to mayor cs la intensldad deIacorriente etros electromagneticos mostramos en la fishy
Entre los alper~m ll Se funda en el principio siguientel gura 44 uno de os n~as se~cl degjcam 0 magnetico interior de un soshyunnucfeo de hIerro es atratdo a I ~ la intensidad Si por un sisteshylenoid~ con una fue~za proporclona ue el movimiento del nucleo de ma nlecanico aproPlad~ hacbmo~n~ escala graduada debidamente hierro rnueva un1a abgpatso) rebtendren~os un amperimetro sencillo ( con un cou om Ime ro 0 pe La figura A8 muestr~ otro aparashy
to de este tipo Sirve Plra cc rca En In figura 45 de la pag Slgmente
vemosotro2pemdDl~~co_rnagshynetiCOdcl tipo IIamado de cuadro movil Consta este aparato de un iman permanente y una bobma ~oshylocada en el campo de este Iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de ~n camshypo magnetico segut 10 exphcado en la-Jiag- 85 de la prlm~ra parte enshytend~mos que la boblna se rctueve
_ (gira) si pasa por el~a una corrl~nte_ Entenderemos meJor el fUllcl0fashymicnto de este aparatc alestudlar
el capitulo correspondu~nte a mo tores electricos pues leIlesenCla o eS mas qu~ un pelueno ~otorelec trico cuyomovimlento glratorlo es limitadopor un resorte regulado~ - Este instrumento puedemiddot usar~e
uniltamente para corriente Cf~lshy FIg 44 nua Los instrunumtos de preCISion
bull t son-de este tipo(Sistema d Arsonshypara medlr corlen~ Cit l~ua struccion la cOnseguimos haciendo val) Una mOd~IClaClon Ie eSt a con de una bobina por la cual pasa la girar una bruJu a ein e In erlor
co~rientef 46 49 nos muestran e sistema llamado ele~troshy Las Iguras Y d nde de la acdon de una corrlente dihamico c~yaOperacont e~e aaro que la primera corriente crea electric~ sobre o~rl cor(len -htzo en el ejemplo anterior el ~nan un campo tme)a~~e~~~md~ ~orriente ohra en este campomagnetuo
permanen
- 45shy
fa tan intensa la corriente que 10 atraviesa que daiiara el instrumento Entrelos distintos tipos de amperimetros mencionaremos pri shy
mero--aunque impropiamente-el coulombimetro que ya describishymos en la primera liarte pag 36 porque sirve para definir internacioshynalmente la unidad de inshytensidad de corriente Pe- - I
ro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo como
amperimetro es necesario valerse de un reloj y de una balanza
Los demas amperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos electroshymagneticos y electrotershymicos de la corriente feshynomenos que se hacen tanto mas notorios cuan~ to mayor es la intensidad Fig 43
de la corriente Entre los amperlmetros electromagneticos mostramos en la fishy
gura 44 uno de los mas sencillos Se funda en el principio siguientel un nucIeo de hierro es atraido al campo magnetico interior de un soshylenoide con una fuerza proporcional a la intensidad Si por un sisteshyma nlecanico apropiado hacemos que el movimiento del nucleo de hierro mueva una aguja sobre una escala graduada debidamente (pe con un coulombimetro) obtendremos un amperimetro sencillo
La figura 48muestra otro aparashyto de este tipo Sirve para cc y ca
En la figura 45 de la pag siguiente vemosotro lllPerimettAel~co~magshynetiCOdeltipo Hamado de cuadro- movil Consta este aparato de I1n iman permanente y una bobina coshylocada en el campo de este iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de un cam- po m~gneticoJ segun 10 explicado en la-pug 85 de la primera parte enshyten~$mos que Ia bobina se mueve (gira) si pasa por ella una corrientel Entenderemos mejor el funciona shymiento de este aparato alestudiar el capitulo correspondiente a moshytores electricos pues (en~estmcia no es mas qu~ un pequeiio motor elecshytrico cuyomovimiento giratorio es 1imitadopor~n resorte regulador ~ Este nstrumento puedemiddot usaise
Fig 44 unisamente para corriente conti nua Loll instru~entos de precision
para medir corriente cohtinuason~Ie este tipo(Sistema d Arsonshyval) Una modificacion de esta construccion la conseguimos haciendo girar una brujula en el interior de una bobina por la cual pasa la corriente I
I Las figuras 46 y 49 nos muestran el sistema Ilamado electroshydiitamico cuya Operacion depende de la accian de una corriente electrica sobre otra corriente~Es Claro que la primera corriente crea un campo magnetico (10 que hizo en el ejemplo anterior el iman
permanente) la segunda corriente ohra en eate campo magnetico
I
- 46shy
siendo tambien aqui su movimiento limitado por la accion de un reshysorte La misma figura 49 nos muestra una bobina movil montada soshybre un eje que se mueve en el interior de una bobinlil fija La corriente
atraviesa la bobina movil entra y sale por los resortes en espiral que al mismo tiempo obran mecanicamente Por la misma razon que un moshytor de corriente continua puede trabajar con corriente alterna (vease mas tarde)esteins~rumTnto sirve 10 mismo para corriente alterna y pashyra corrlente contlnu~
Yaque hemos acenshy ~ tuado la semejania enshy tre estos instrumentos y los motores electri-
cos no parece por de-mas mencionar que hay tambien un ampeshyrimetro de corriente almiddot
terna monofasica consshytruldo analogamente al motor asincronico de induccion que estudiashyremos mas tarde
EI amperimetro de la figura 47 se basa en un principiocompletamenshyte distinto a los anterioshyres En efectolo que se usa en el es el calentashymiento producido en un alambre metalico por la corriente electrica El calentamiento hashy
ce dilatar el alambre y esta dilataci6n se mishyde por cualquier comshybinacion mecanica En algunos instrumentos finos el calentamiento se midecon un par ter- Fig 45 moelectrico
Desde luego tambien este instrumento sirve para corriente conshytinua y alterna~ De la ultima mi-middot de segun las exshyplicaciones que
dimos en la prishymera parte el vashylor efectivo
La exactitud de los amperimetros y de los otros insshytrumentos de meshydida en sus forshymas c~merciales varia por supuesshyto La precision de un instrumen- tgt se acostumbra dar en tanto por
100 del valor inshydicado Se tiene Fig 46
- 47middotshy
como limite de exactitud 01 En los instrumentos finos la exacshytitud es 025 del valor total de la escala en los tipos medios 05 en los portatiles pequenos 1 en los instrumentos de tablero usashydos como buenos la exactitud es solo de 1 _ En los instrumentos de alta precisionla parte movil tiene con frecuencia un pequenoespejo que refleja un rayo de luz dirigido aproshypiadamente contra cl EI rayo reflectado da contra una escala grande graduada en una pantalla (metodo de Gauss y Poggendorff)
Muy hnportantees en los instrumentos un buen amortiguashymiento de la partemovil Ell por supuesto muy fastidioso que la ashyguja del instrumento oscile muchisimas veces a la izquierda y a la derechade manera que el observador no puede leer bien el valor
a larnhre ermico---shy ---
lIilo de cocentre t-
I
Fig 47
exacto EI amortiguamiento se lleva a cabo con-una paltitade alumishynio que presenta gran resistencia al movimfento en una camara de aire como se ve en la fig 48 que representa un amperim(tro de nucleo de hierro 0 en la fig 49 que representa unamperimetro electrodinamico
A veces el amortiguamiento se consigue conun disco de cobre que se expone a corrientes parasitas (vcaseprimera parte pag 97)
Un interes especial merece la cuestionde ampIiacion del campo de medicion En efecto en el comercio se encueritrardon mucha freshycuencia instrumentos que sirven para varios campos de medicionbull
La figura 50 nos muestra el exterior de un amperimetro de corrienshy te continua con trescampos de medicion AI b~ton G + lie fija siemshy
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
41shy
acero estos alambres tienen una lIeCClon total de 107 mm2 Para hacer mas flexibles los conductores no Ill hacen macizoa
sino que se forman de vanos alambres que se retuercen entre Sl AS1 pe el alambre flexible No 14 (vease cuadro 4 del apendice)coJlsta de 37 alambritos del No 29 torciqos entre sl Por supuesto existe tambien el alambre Ndeg 14 macizo
Por 10 general hay que aialar los alambres convenientemente Las sustancias usadas para esto las veremoa en el proximo capitulo
En las plantas electricas parfl intensidadea muy altas se usan en lugar de alambres comunes barras de cobre
Alambres de resistencia (para calentadores etc) se fabrican de metales 0 mas comunmente de aleaciones y se usan en forma de alambres cintas u hojas (Sobre (os detalles de estos vease el cuadro 3 del apendice)middot
Vamos a repetir en esta ocaslon 10 que ya dijimos al estu(iiarlas muflas eIectricas que algunas veces en vez de alambres de calefacshycion se ltsan lIustancias no metillcas ASI p e la 4 sHita que es un material semejante al carborunClum (carburo de siUcio) se prepara en grandes cantidades en forma de barras para serVir en reostatos de calefaccion
Es muy comun ver en los lilros americanos 0 en sus traduccio- nes el area de los conductores expresada en circular-mils ( milell circulares) Un mil circular es el area de un pequeno drculo de un milesimo de pulgada de diametromiddot
Luegol 1 mil circular 00005067 mm2 bull I Imm2 = 1973 miles circulares
La ultima columna del cuadro 4 del apendice nos muestra la intensidad mlixima que resiste un conductor Este dato es muy inishyportante porquesirve combinado con el dato de perdida de voltaje paradeterminar al numero del alambre indicado para determinada instalacior Sabemos que cuando una corriente pasa por un conducshytor estese calienta EI calor desprendido es proporcional ai cuadrado de la intensidad y si esta aumenta demasiado el calor puede perjushydicar el aisamiento raz6n por la cual se ha tijado para cada numero de alamhre la intensidad maxima que puede atravesarlo sin elevar su temperatura mas de 60deg
En grandes lineas de transmisi6n desempena un papel muy importante la resistencia a la tension y el coeficiente de expansion del alambre Por esta raz6n a veces no se usa el cobre puro y se preshyneren aleaciones que tienen mayor resistencia mecanica aun sashycrificando algo la huena conducVbilidad del cobre puro
Aunque los alambres de cobre u otros metales predominan coshymo conductores se usa como auxiliar carbono 0 grafito (escobillas eiectrodos etc ) Por supuesto la resistencia especifica del carbono es muy alta y par esto se emplea 10 menos posible y en secciones muy grandes Su resistencia especifica es alrededor de 5000 veces mayor que Ia del cobre
El usa de soluciones mercurio y otras sustancias como conducshytores iene importancia secundaria Hasta la misma tierra los rlos etcmiddot pueden servir de conductores como veremos mas tarde
PROBLEMA El tablero de distribuci6n en la figura 39 esta a una distancia de 150 pies del interruptor principal Del tablero de distribucion se desprenden 3 IIneas ramales cada una de 50 pies Cada ramal tiene 6 lamparas cada una para 110 voltios y HIO vatios iCual grueso hay que escoger para Ia llnea principal 0 sea la llnea entre el interruptor principal yel tablero de ditribuci6n
Caia ramal transporta 545 amperios Ahora bien para esta inshy tensidad se podna usar el alambre Ndeg 16 (vease cuadro 5 del apendishyee) Pero por cuestiones de seguridad meclinica es mas recomendashyble emplear en los ramales alambre Ndeg 14
La llnea principal lleva la suma de las intensidades de los rashy
- 42shy
males 0 sea 3 X5~5 = 1635 amperios Encontramos en nuestro cuashydro 1e alambres que para transportar este amperaje hay que escoshyger el alantbre Ndeg 12 puesto que el alambre Ndeg 14 no resiste sino
Fig ~39
15 amperios y el alambre NdegI3 por 10 ge~eralno 10 hayen el contercio Luego tendremos Distancia entre tablero y lamparas 50 pies Longitud de alambre en cada ramal (2X50) 100 pies Resistencia de 100 pies de alambre Ndeg 14 02530hmioshyPerdida de voltaje en el ramal (545XO253) 138 voltios
Longitud dealainbre principal (2 X150) 300 pies Resistencia de 300 pies Ndeg 12(03Xl588) 04760hmios Perdida de Voltaje linea principal (I635XO476) 778 voltios Perdida total entre el switch principal y las lamparas instaladas(778Xl38) 916 voltios Resulta pues que en nuestra instalacion hecha para no voltios hay una perdida de 916 voltios 0 sea de un 83 Esta perdida no puede permitirse Lo mas que admiten hoy en dia de perdida de voltajt en tales instalaciones es un 5 Nos vemos pues obligados a escoger paraia linea principal un alambre mas gruesoel cual ocashysionamerios perdida devoltaje Si tomamos pe alambre Ndeg 10
Iii perdida en la liQea principal sera 491 voltios porque en este caso la resistencia de los 300 pies de alambre Ndeg 10 no es sino 03 ohmios Luego la perdida total entre el interruptor y lamparas sera 491 X 138 =629 voltios 10 que representa un tanto por dento de573en una ihstalacionde 110voltioll Esposible que el electricista haga Ia instashylacion con este alambre aunque todavia la perdida es muy alta Seria tal vez mucho mas recomendable usar alambre Ndeg8bull
De problemas analogos que cada uno puede plantearse facHshymente porcuenta propia serevela la importancia tan grande que tiene la perdida de voltaje en estal) instalacionespara la escogencia del alambre apropiado Por supuesto lograra uno siemple escoger uno que no origina sino una perdida insignificante pero con frecuerida resulta que entonces este alambre es tan grueso y por esto tan caro Y tan pesado que el ingeniero opta mas bien por carribiar compleshytamente el voltaje del generador alimentador (Importancia dedsishyva en las linens de corriente alternade larga distancia Vease mas tarde al capitulo sobre distribucion y venta de corriente eIectrica
- 43
b) Materiales aislantes Co~o dijimos en ~I capitulo a~terior los conductores elctri shy
cos hay que alslarlos convenlent~shymente bien sea entre Sl por medlo de capas aisladoras bien de los soporshytes que los sostienen
Todo conductor malo puede sershyvir como aislador el material aproshypiado se escoge segun el caracter del cuerpo que hay que aislar
EI aislador mas barato y mas senshycillo es el aire
Entre las sustancias artificiales Y naturales las mas usadas comO aisla-
Fig 40
dores ~on las siguientes ~ateshyrlas vltreas esmaltes piedras como pizarras mica marmol asbesto porcela na esteatita etcoseas como huesos y marfil sustancias resinosas como beshytun asfalto cera parafinacaushycho ebonita gutapercha ade-shymaspapel celuloide seda azushyfre ambar aceites etc etc La capacidad aisladora de esshytos cuerpos esta en cierta relashycion con sus constantes dieIecshytricas EI empleo de cada uno depende de sus propiedades poundlsishycas y quimicas EI caucho se usa para recushybrir p e los conductores de coshybre en este caso se usa el caushycho en combinacion con teji shydos de algodon 0 seda EI espeshy80r de Ia capa aisladora depen-
Fig 41
-- 43
b) Materiales aislantes Como dijimos en el capitulo anterior los conductores electrishy
cos hay que aislarlosconvenienteshymente bien sea entre sl por medio de capas aisladoras bien de los soporshytes que los 8Ostienen
Todo conductor malo puede sershyvir como aislador el material aproshypiado se escoge segun el caracter del cuerpo que hay que aislar
EI aislador mas barato y mas senshycillo es el aire
Entre las sustanciasartificiales y naturales las mas usadas como aisla-
Fig 40 u dores son las siguientes mateshyrias vltreas esmaltes piedras como pizarras mica marmol gt asbesto porcelana esteatita etcoseas como huesos y marfil sustancias resinosas como beshytunasfalto cera parafinacaushycho ebonita gutaperchaj ade- mas papel celuloide seda azushyfre ambar aceites etc etc
La capaddad aisladora de esshytos cuerpos esta en derta rela cion con sus constantes dieIecshytricas EI empleo de cada uno depende de BUS propiedades fisi cas y quimicasbull EI caucho se usa para recushybrir p e los conductores de coshybreI en este caso se usa el caushycho en combinadon con tejishydos de algodon 0 seda EI espeshyBor de Ja capa aisladora depen-
Fig 41
44 --
de del voltaje y de las condiciones del ambiente a las que va a estar sometido el conductor En transformadores y maqulnas donde el espacio es escaso se reemplaza el aislamiento grueso de caucho por una capa de esmalte 0 barniz aisiador
Porcelana vidrio ebonita mica etc se usan mas comosoporshytes aisladores y asi toman formas apropiadas para recibir los cables en los llamados propiamente aisladores (figs 40 4142) 0 en forma de tubos botones placas etc
En el ultimo ano se han hecho ensayes muy interesantes con oxishydo de aluminio fundido material aislante mucho mejor que-la porshycelana pero tal vez tambien mucho mas caro bull
EI asfalto se ve con-mucha frecuencia en las pilas secas y tamshybien 10 usan con muy buen resultado para impregnar bobinas en el interior de motores y generadores
Gran importancia tiene el llamado aceite de transformadores que se usa para sumergir en el los devanados de aqueHos aparatos y que tiene que cumplir ciertas condiciones rigurosas pe tiene que estar libre de agua absolutamente
- La esteatita y otros minerales de magnesio desempeiian un gran papel como aisladores buenos sobre todo en regiones donde hay yashycimientoll de estos materiales como pe al rededor de Medellin
c) Electrodos
Aunque en las plantas electroquimicas se emplean a veces eshylectrodos de distintos metales como oro plata plomoaluminio hieshy
rro etc y aunque todo estudiante conoce muy bien el empleo de los electrodos de platino en los laboratorios el material mas importante para electrodos es el carbono Con mucha lrecuencia se reemplazan tambien en los laboratorios los electrodos de platino por electrodos de carbono porque ademas de ser mas barato el carbono tiene en la mashyyorhi de los casos la misma ventaja que el platino de no ser atacado por las sustancias que Ierodean
Claro que la preparacion de los electrodos es un trabajo que re quiere mucho cuidado Las materias primas para eHos son cok anshytracita negro de humo breas y alquitran Todas estas sustancias que deben Silr sumamente puras (sobre todo libres de cenizas) por 10 general se emplean juntas Se mezclan convenientemente se les da
~ en una prensa hidraulica la forma que se desea y se calcinan despues en hornos anulares
Muy semejante hasta con frecuencia identico al material de los elcctrodos es el material del cual se hacen los carbones de las lampashyras de arco voltaic y las escobiUas de los motores y generadores
II-Instrumentos de medida f
a) Para ITledir iiltensidad
EI instrumento que mide la intensidad de una corriente se llashyma amperimetro Ya dijiInos en la parte teoricaque un amperimetro tiene que intercalarse siempre en el circuito se dice que el ampeshyrimetro se coloca en serie con el aparato cuya intensidad quiere medirse Por esto el electricista que trabaja con un amperimetro debe tener en cuenta siempre que el mismo instrumento gasta energia etectricapero por 10 general la potencia de gasto de tal instrumento es baja y despreciable De esto se deduce que sureshysistencia interior debe ser muy pequena Por 10 mismo sipor error un amperimetro se intercala en paralelo con Ia fuente deenergia seshy
45
I ue danara el instrumento ra tan intensa ~corr~ent que dat~~~iretros mencionarem08 Ir~-
Entre los stm o~ IpOS el coulombimetro que ya deSCrIlshymero-aunq~e Improplamene6 orquc sirve para definir internaClOshymos en la prlmera partt pag P nalmente la unidad de In- tensidad de corriente Peshyro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo cOo amperimetro es necesarlO valerse de un reloj y de una balanza
Los demas alnperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos elect~oshymagneticos y e~ectrotershymicos de la cornente feshynomenos que se hacen tanto mas not~rios canshy Fig 43to mayor cs la intensldad deIacorriente etros electromagneticos mostramos en la fishy
Entre los alper~m ll Se funda en el principio siguientel gura 44 uno de os n~as se~cl degjcam 0 magnetico interior de un soshyunnucfeo de hIerro es atratdo a I ~ la intensidad Si por un sisteshylenoid~ con una fue~za proporclona ue el movimiento del nucleo de ma nlecanico aproPlad~ hacbmo~n~ escala graduada debidamente hierro rnueva un1a abgpatso) rebtendren~os un amperimetro sencillo ( con un cou om Ime ro 0 pe La figura A8 muestr~ otro aparashy
to de este tipo Sirve Plra cc rca En In figura 45 de la pag Slgmente
vemosotro2pemdDl~~co_rnagshynetiCOdcl tipo IIamado de cuadro movil Consta este aparato de un iman permanente y una bobma ~oshylocada en el campo de este Iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de ~n camshypo magnetico segut 10 exphcado en la-Jiag- 85 de la prlm~ra parte enshytend~mos que la boblna se rctueve
_ (gira) si pasa por el~a una corrl~nte_ Entenderemos meJor el fUllcl0fashymicnto de este aparatc alestudlar
el capitulo correspondu~nte a mo tores electricos pues leIlesenCla o eS mas qu~ un pelueno ~otorelec trico cuyomovimlento glratorlo es limitadopor un resorte regulado~ - Este instrumento puedemiddot usar~e
uniltamente para corriente Cf~lshy FIg 44 nua Los instrunumtos de preCISion
bull t son-de este tipo(Sistema d Arsonshypara medlr corlen~ Cit l~ua struccion la cOnseguimos haciendo val) Una mOd~IClaClon Ie eSt a con de una bobina por la cual pasa la girar una bruJu a ein e In erlor
co~rientef 46 49 nos muestran e sistema llamado ele~troshy Las Iguras Y d nde de la acdon de una corrlente dihamico c~yaOperacont e~e aaro que la primera corriente crea electric~ sobre o~rl cor(len -htzo en el ejemplo anterior el ~nan un campo tme)a~~e~~~md~ ~orriente ohra en este campomagnetuo
permanen
- 45shy
fa tan intensa la corriente que 10 atraviesa que daiiara el instrumento Entrelos distintos tipos de amperimetros mencionaremos pri shy
mero--aunque impropiamente-el coulombimetro que ya describishymos en la primera liarte pag 36 porque sirve para definir internacioshynalmente la unidad de inshytensidad de corriente Pe- - I
ro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo como
amperimetro es necesario valerse de un reloj y de una balanza
Los demas amperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos electroshymagneticos y electrotershymicos de la corriente feshynomenos que se hacen tanto mas notorios cuan~ to mayor es la intensidad Fig 43
de la corriente Entre los amperlmetros electromagneticos mostramos en la fishy
gura 44 uno de los mas sencillos Se funda en el principio siguientel un nucIeo de hierro es atraido al campo magnetico interior de un soshylenoide con una fuerza proporcional a la intensidad Si por un sisteshyma nlecanico apropiado hacemos que el movimiento del nucleo de hierro mueva una aguja sobre una escala graduada debidamente (pe con un coulombimetro) obtendremos un amperimetro sencillo
La figura 48muestra otro aparashyto de este tipo Sirve para cc y ca
En la figura 45 de la pag siguiente vemosotro lllPerimettAel~co~magshynetiCOdeltipo Hamado de cuadro- movil Consta este aparato de I1n iman permanente y una bobina coshylocada en el campo de este iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de un cam- po m~gneticoJ segun 10 explicado en la-pug 85 de la primera parte enshyten~$mos que Ia bobina se mueve (gira) si pasa por ella una corrientel Entenderemos mejor el funciona shymiento de este aparato alestudiar el capitulo correspondiente a moshytores electricos pues (en~estmcia no es mas qu~ un pequeiio motor elecshytrico cuyomovimiento giratorio es 1imitadopor~n resorte regulador ~ Este nstrumento puedemiddot usaise
Fig 44 unisamente para corriente conti nua Loll instru~entos de precision
para medir corriente cohtinuason~Ie este tipo(Sistema d Arsonshyval) Una modificacion de esta construccion la conseguimos haciendo girar una brujula en el interior de una bobina por la cual pasa la corriente I
I Las figuras 46 y 49 nos muestran el sistema Ilamado electroshydiitamico cuya Operacion depende de la accian de una corriente electrica sobre otra corriente~Es Claro que la primera corriente crea un campo magnetico (10 que hizo en el ejemplo anterior el iman
permanente) la segunda corriente ohra en eate campo magnetico
I
- 46shy
siendo tambien aqui su movimiento limitado por la accion de un reshysorte La misma figura 49 nos muestra una bobina movil montada soshybre un eje que se mueve en el interior de una bobinlil fija La corriente
atraviesa la bobina movil entra y sale por los resortes en espiral que al mismo tiempo obran mecanicamente Por la misma razon que un moshytor de corriente continua puede trabajar con corriente alterna (vease mas tarde)esteins~rumTnto sirve 10 mismo para corriente alterna y pashyra corrlente contlnu~
Yaque hemos acenshy ~ tuado la semejania enshy tre estos instrumentos y los motores electri-
cos no parece por de-mas mencionar que hay tambien un ampeshyrimetro de corriente almiddot
terna monofasica consshytruldo analogamente al motor asincronico de induccion que estudiashyremos mas tarde
EI amperimetro de la figura 47 se basa en un principiocompletamenshyte distinto a los anterioshyres En efectolo que se usa en el es el calentashymiento producido en un alambre metalico por la corriente electrica El calentamiento hashy
ce dilatar el alambre y esta dilataci6n se mishyde por cualquier comshybinacion mecanica En algunos instrumentos finos el calentamiento se midecon un par ter- Fig 45 moelectrico
Desde luego tambien este instrumento sirve para corriente conshytinua y alterna~ De la ultima mi-middot de segun las exshyplicaciones que
dimos en la prishymera parte el vashylor efectivo
La exactitud de los amperimetros y de los otros insshytrumentos de meshydida en sus forshymas c~merciales varia por supuesshyto La precision de un instrumen- tgt se acostumbra dar en tanto por
100 del valor inshydicado Se tiene Fig 46
- 47middotshy
como limite de exactitud 01 En los instrumentos finos la exacshytitud es 025 del valor total de la escala en los tipos medios 05 en los portatiles pequenos 1 en los instrumentos de tablero usashydos como buenos la exactitud es solo de 1 _ En los instrumentos de alta precisionla parte movil tiene con frecuencia un pequenoespejo que refleja un rayo de luz dirigido aproshypiadamente contra cl EI rayo reflectado da contra una escala grande graduada en una pantalla (metodo de Gauss y Poggendorff)
Muy hnportantees en los instrumentos un buen amortiguashymiento de la partemovil Ell por supuesto muy fastidioso que la ashyguja del instrumento oscile muchisimas veces a la izquierda y a la derechade manera que el observador no puede leer bien el valor
a larnhre ermico---shy ---
lIilo de cocentre t-
I
Fig 47
exacto EI amortiguamiento se lleva a cabo con-una paltitade alumishynio que presenta gran resistencia al movimfento en una camara de aire como se ve en la fig 48 que representa un amperim(tro de nucleo de hierro 0 en la fig 49 que representa unamperimetro electrodinamico
A veces el amortiguamiento se consigue conun disco de cobre que se expone a corrientes parasitas (vcaseprimera parte pag 97)
Un interes especial merece la cuestionde ampIiacion del campo de medicion En efecto en el comercio se encueritrardon mucha freshycuencia instrumentos que sirven para varios campos de medicionbull
La figura 50 nos muestra el exterior de un amperimetro de corrienshy te continua con trescampos de medicion AI b~ton G + lie fija siemshy
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 42shy
males 0 sea 3 X5~5 = 1635 amperios Encontramos en nuestro cuashydro 1e alambres que para transportar este amperaje hay que escoshyger el alantbre Ndeg 12 puesto que el alambre Ndeg 14 no resiste sino
Fig ~39
15 amperios y el alambre NdegI3 por 10 ge~eralno 10 hayen el contercio Luego tendremos Distancia entre tablero y lamparas 50 pies Longitud de alambre en cada ramal (2X50) 100 pies Resistencia de 100 pies de alambre Ndeg 14 02530hmioshyPerdida de voltaje en el ramal (545XO253) 138 voltios
Longitud dealainbre principal (2 X150) 300 pies Resistencia de 300 pies Ndeg 12(03Xl588) 04760hmios Perdida de Voltaje linea principal (I635XO476) 778 voltios Perdida total entre el switch principal y las lamparas instaladas(778Xl38) 916 voltios Resulta pues que en nuestra instalacion hecha para no voltios hay una perdida de 916 voltios 0 sea de un 83 Esta perdida no puede permitirse Lo mas que admiten hoy en dia de perdida de voltajt en tales instalaciones es un 5 Nos vemos pues obligados a escoger paraia linea principal un alambre mas gruesoel cual ocashysionamerios perdida devoltaje Si tomamos pe alambre Ndeg 10
Iii perdida en la liQea principal sera 491 voltios porque en este caso la resistencia de los 300 pies de alambre Ndeg 10 no es sino 03 ohmios Luego la perdida total entre el interruptor y lamparas sera 491 X 138 =629 voltios 10 que representa un tanto por dento de573en una ihstalacionde 110voltioll Esposible que el electricista haga Ia instashylacion con este alambre aunque todavia la perdida es muy alta Seria tal vez mucho mas recomendable usar alambre Ndeg8bull
De problemas analogos que cada uno puede plantearse facHshymente porcuenta propia serevela la importancia tan grande que tiene la perdida de voltaje en estal) instalacionespara la escogencia del alambre apropiado Por supuesto lograra uno siemple escoger uno que no origina sino una perdida insignificante pero con frecuerida resulta que entonces este alambre es tan grueso y por esto tan caro Y tan pesado que el ingeniero opta mas bien por carribiar compleshytamente el voltaje del generador alimentador (Importancia dedsishyva en las linens de corriente alternade larga distancia Vease mas tarde al capitulo sobre distribucion y venta de corriente eIectrica
- 43
b) Materiales aislantes Co~o dijimos en ~I capitulo a~terior los conductores elctri shy
cos hay que alslarlos convenlent~shymente bien sea entre Sl por medlo de capas aisladoras bien de los soporshytes que los sostienen
Todo conductor malo puede sershyvir como aislador el material aproshypiado se escoge segun el caracter del cuerpo que hay que aislar
EI aislador mas barato y mas senshycillo es el aire
Entre las sustancias artificiales Y naturales las mas usadas comO aisla-
Fig 40
dores ~on las siguientes ~ateshyrlas vltreas esmaltes piedras como pizarras mica marmol asbesto porcela na esteatita etcoseas como huesos y marfil sustancias resinosas como beshytun asfalto cera parafinacaushycho ebonita gutapercha ade-shymaspapel celuloide seda azushyfre ambar aceites etc etc La capacidad aisladora de esshytos cuerpos esta en cierta relashycion con sus constantes dieIecshytricas EI empleo de cada uno depende de sus propiedades poundlsishycas y quimicas EI caucho se usa para recushybrir p e los conductores de coshybre en este caso se usa el caushycho en combinacion con teji shydos de algodon 0 seda EI espeshy80r de Ia capa aisladora depen-
Fig 41
-- 43
b) Materiales aislantes Como dijimos en el capitulo anterior los conductores electrishy
cos hay que aislarlosconvenienteshymente bien sea entre sl por medio de capas aisladoras bien de los soporshytes que los 8Ostienen
Todo conductor malo puede sershyvir como aislador el material aproshypiado se escoge segun el caracter del cuerpo que hay que aislar
EI aislador mas barato y mas senshycillo es el aire
Entre las sustanciasartificiales y naturales las mas usadas como aisla-
Fig 40 u dores son las siguientes mateshyrias vltreas esmaltes piedras como pizarras mica marmol gt asbesto porcelana esteatita etcoseas como huesos y marfil sustancias resinosas como beshytunasfalto cera parafinacaushycho ebonita gutaperchaj ade- mas papel celuloide seda azushyfre ambar aceites etc etc
La capaddad aisladora de esshytos cuerpos esta en derta rela cion con sus constantes dieIecshytricas EI empleo de cada uno depende de BUS propiedades fisi cas y quimicasbull EI caucho se usa para recushybrir p e los conductores de coshybreI en este caso se usa el caushycho en combinadon con tejishydos de algodon 0 seda EI espeshyBor de Ja capa aisladora depen-
Fig 41
44 --
de del voltaje y de las condiciones del ambiente a las que va a estar sometido el conductor En transformadores y maqulnas donde el espacio es escaso se reemplaza el aislamiento grueso de caucho por una capa de esmalte 0 barniz aisiador
Porcelana vidrio ebonita mica etc se usan mas comosoporshytes aisladores y asi toman formas apropiadas para recibir los cables en los llamados propiamente aisladores (figs 40 4142) 0 en forma de tubos botones placas etc
En el ultimo ano se han hecho ensayes muy interesantes con oxishydo de aluminio fundido material aislante mucho mejor que-la porshycelana pero tal vez tambien mucho mas caro bull
EI asfalto se ve con-mucha frecuencia en las pilas secas y tamshybien 10 usan con muy buen resultado para impregnar bobinas en el interior de motores y generadores
Gran importancia tiene el llamado aceite de transformadores que se usa para sumergir en el los devanados de aqueHos aparatos y que tiene que cumplir ciertas condiciones rigurosas pe tiene que estar libre de agua absolutamente
- La esteatita y otros minerales de magnesio desempeiian un gran papel como aisladores buenos sobre todo en regiones donde hay yashycimientoll de estos materiales como pe al rededor de Medellin
c) Electrodos
Aunque en las plantas electroquimicas se emplean a veces eshylectrodos de distintos metales como oro plata plomoaluminio hieshy
rro etc y aunque todo estudiante conoce muy bien el empleo de los electrodos de platino en los laboratorios el material mas importante para electrodos es el carbono Con mucha lrecuencia se reemplazan tambien en los laboratorios los electrodos de platino por electrodos de carbono porque ademas de ser mas barato el carbono tiene en la mashyyorhi de los casos la misma ventaja que el platino de no ser atacado por las sustancias que Ierodean
Claro que la preparacion de los electrodos es un trabajo que re quiere mucho cuidado Las materias primas para eHos son cok anshytracita negro de humo breas y alquitran Todas estas sustancias que deben Silr sumamente puras (sobre todo libres de cenizas) por 10 general se emplean juntas Se mezclan convenientemente se les da
~ en una prensa hidraulica la forma que se desea y se calcinan despues en hornos anulares
Muy semejante hasta con frecuencia identico al material de los elcctrodos es el material del cual se hacen los carbones de las lampashyras de arco voltaic y las escobiUas de los motores y generadores
II-Instrumentos de medida f
a) Para ITledir iiltensidad
EI instrumento que mide la intensidad de una corriente se llashyma amperimetro Ya dijiInos en la parte teoricaque un amperimetro tiene que intercalarse siempre en el circuito se dice que el ampeshyrimetro se coloca en serie con el aparato cuya intensidad quiere medirse Por esto el electricista que trabaja con un amperimetro debe tener en cuenta siempre que el mismo instrumento gasta energia etectricapero por 10 general la potencia de gasto de tal instrumento es baja y despreciable De esto se deduce que sureshysistencia interior debe ser muy pequena Por 10 mismo sipor error un amperimetro se intercala en paralelo con Ia fuente deenergia seshy
45
I ue danara el instrumento ra tan intensa ~corr~ent que dat~~~iretros mencionarem08 Ir~-
Entre los stm o~ IpOS el coulombimetro que ya deSCrIlshymero-aunq~e Improplamene6 orquc sirve para definir internaClOshymos en la prlmera partt pag P nalmente la unidad de In- tensidad de corriente Peshyro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo cOo amperimetro es necesarlO valerse de un reloj y de una balanza
Los demas alnperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos elect~oshymagneticos y e~ectrotershymicos de la cornente feshynomenos que se hacen tanto mas not~rios canshy Fig 43to mayor cs la intensldad deIacorriente etros electromagneticos mostramos en la fishy
Entre los alper~m ll Se funda en el principio siguientel gura 44 uno de os n~as se~cl degjcam 0 magnetico interior de un soshyunnucfeo de hIerro es atratdo a I ~ la intensidad Si por un sisteshylenoid~ con una fue~za proporclona ue el movimiento del nucleo de ma nlecanico aproPlad~ hacbmo~n~ escala graduada debidamente hierro rnueva un1a abgpatso) rebtendren~os un amperimetro sencillo ( con un cou om Ime ro 0 pe La figura A8 muestr~ otro aparashy
to de este tipo Sirve Plra cc rca En In figura 45 de la pag Slgmente
vemosotro2pemdDl~~co_rnagshynetiCOdcl tipo IIamado de cuadro movil Consta este aparato de un iman permanente y una bobma ~oshylocada en el campo de este Iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de ~n camshypo magnetico segut 10 exphcado en la-Jiag- 85 de la prlm~ra parte enshytend~mos que la boblna se rctueve
_ (gira) si pasa por el~a una corrl~nte_ Entenderemos meJor el fUllcl0fashymicnto de este aparatc alestudlar
el capitulo correspondu~nte a mo tores electricos pues leIlesenCla o eS mas qu~ un pelueno ~otorelec trico cuyomovimlento glratorlo es limitadopor un resorte regulado~ - Este instrumento puedemiddot usar~e
uniltamente para corriente Cf~lshy FIg 44 nua Los instrunumtos de preCISion
bull t son-de este tipo(Sistema d Arsonshypara medlr corlen~ Cit l~ua struccion la cOnseguimos haciendo val) Una mOd~IClaClon Ie eSt a con de una bobina por la cual pasa la girar una bruJu a ein e In erlor
co~rientef 46 49 nos muestran e sistema llamado ele~troshy Las Iguras Y d nde de la acdon de una corrlente dihamico c~yaOperacont e~e aaro que la primera corriente crea electric~ sobre o~rl cor(len -htzo en el ejemplo anterior el ~nan un campo tme)a~~e~~~md~ ~orriente ohra en este campomagnetuo
permanen
- 45shy
fa tan intensa la corriente que 10 atraviesa que daiiara el instrumento Entrelos distintos tipos de amperimetros mencionaremos pri shy
mero--aunque impropiamente-el coulombimetro que ya describishymos en la primera liarte pag 36 porque sirve para definir internacioshynalmente la unidad de inshytensidad de corriente Pe- - I
ro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo como
amperimetro es necesario valerse de un reloj y de una balanza
Los demas amperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos electroshymagneticos y electrotershymicos de la corriente feshynomenos que se hacen tanto mas notorios cuan~ to mayor es la intensidad Fig 43
de la corriente Entre los amperlmetros electromagneticos mostramos en la fishy
gura 44 uno de los mas sencillos Se funda en el principio siguientel un nucIeo de hierro es atraido al campo magnetico interior de un soshylenoide con una fuerza proporcional a la intensidad Si por un sisteshyma nlecanico apropiado hacemos que el movimiento del nucleo de hierro mueva una aguja sobre una escala graduada debidamente (pe con un coulombimetro) obtendremos un amperimetro sencillo
La figura 48muestra otro aparashyto de este tipo Sirve para cc y ca
En la figura 45 de la pag siguiente vemosotro lllPerimettAel~co~magshynetiCOdeltipo Hamado de cuadro- movil Consta este aparato de I1n iman permanente y una bobina coshylocada en el campo de este iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de un cam- po m~gneticoJ segun 10 explicado en la-pug 85 de la primera parte enshyten~$mos que Ia bobina se mueve (gira) si pasa por ella una corrientel Entenderemos mejor el funciona shymiento de este aparato alestudiar el capitulo correspondiente a moshytores electricos pues (en~estmcia no es mas qu~ un pequeiio motor elecshytrico cuyomovimiento giratorio es 1imitadopor~n resorte regulador ~ Este nstrumento puedemiddot usaise
Fig 44 unisamente para corriente conti nua Loll instru~entos de precision
para medir corriente cohtinuason~Ie este tipo(Sistema d Arsonshyval) Una modificacion de esta construccion la conseguimos haciendo girar una brujula en el interior de una bobina por la cual pasa la corriente I
I Las figuras 46 y 49 nos muestran el sistema Ilamado electroshydiitamico cuya Operacion depende de la accian de una corriente electrica sobre otra corriente~Es Claro que la primera corriente crea un campo magnetico (10 que hizo en el ejemplo anterior el iman
permanente) la segunda corriente ohra en eate campo magnetico
I
- 46shy
siendo tambien aqui su movimiento limitado por la accion de un reshysorte La misma figura 49 nos muestra una bobina movil montada soshybre un eje que se mueve en el interior de una bobinlil fija La corriente
atraviesa la bobina movil entra y sale por los resortes en espiral que al mismo tiempo obran mecanicamente Por la misma razon que un moshytor de corriente continua puede trabajar con corriente alterna (vease mas tarde)esteins~rumTnto sirve 10 mismo para corriente alterna y pashyra corrlente contlnu~
Yaque hemos acenshy ~ tuado la semejania enshy tre estos instrumentos y los motores electri-
cos no parece por de-mas mencionar que hay tambien un ampeshyrimetro de corriente almiddot
terna monofasica consshytruldo analogamente al motor asincronico de induccion que estudiashyremos mas tarde
EI amperimetro de la figura 47 se basa en un principiocompletamenshyte distinto a los anterioshyres En efectolo que se usa en el es el calentashymiento producido en un alambre metalico por la corriente electrica El calentamiento hashy
ce dilatar el alambre y esta dilataci6n se mishyde por cualquier comshybinacion mecanica En algunos instrumentos finos el calentamiento se midecon un par ter- Fig 45 moelectrico
Desde luego tambien este instrumento sirve para corriente conshytinua y alterna~ De la ultima mi-middot de segun las exshyplicaciones que
dimos en la prishymera parte el vashylor efectivo
La exactitud de los amperimetros y de los otros insshytrumentos de meshydida en sus forshymas c~merciales varia por supuesshyto La precision de un instrumen- tgt se acostumbra dar en tanto por
100 del valor inshydicado Se tiene Fig 46
- 47middotshy
como limite de exactitud 01 En los instrumentos finos la exacshytitud es 025 del valor total de la escala en los tipos medios 05 en los portatiles pequenos 1 en los instrumentos de tablero usashydos como buenos la exactitud es solo de 1 _ En los instrumentos de alta precisionla parte movil tiene con frecuencia un pequenoespejo que refleja un rayo de luz dirigido aproshypiadamente contra cl EI rayo reflectado da contra una escala grande graduada en una pantalla (metodo de Gauss y Poggendorff)
Muy hnportantees en los instrumentos un buen amortiguashymiento de la partemovil Ell por supuesto muy fastidioso que la ashyguja del instrumento oscile muchisimas veces a la izquierda y a la derechade manera que el observador no puede leer bien el valor
a larnhre ermico---shy ---
lIilo de cocentre t-
I
Fig 47
exacto EI amortiguamiento se lleva a cabo con-una paltitade alumishynio que presenta gran resistencia al movimfento en una camara de aire como se ve en la fig 48 que representa un amperim(tro de nucleo de hierro 0 en la fig 49 que representa unamperimetro electrodinamico
A veces el amortiguamiento se consigue conun disco de cobre que se expone a corrientes parasitas (vcaseprimera parte pag 97)
Un interes especial merece la cuestionde ampIiacion del campo de medicion En efecto en el comercio se encueritrardon mucha freshycuencia instrumentos que sirven para varios campos de medicionbull
La figura 50 nos muestra el exterior de un amperimetro de corrienshy te continua con trescampos de medicion AI b~ton G + lie fija siemshy
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
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En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-- 43
b) Materiales aislantes Como dijimos en el capitulo anterior los conductores electrishy
cos hay que aislarlosconvenienteshymente bien sea entre sl por medio de capas aisladoras bien de los soporshytes que los 8Ostienen
Todo conductor malo puede sershyvir como aislador el material aproshypiado se escoge segun el caracter del cuerpo que hay que aislar
EI aislador mas barato y mas senshycillo es el aire
Entre las sustanciasartificiales y naturales las mas usadas como aisla-
Fig 40 u dores son las siguientes mateshyrias vltreas esmaltes piedras como pizarras mica marmol gt asbesto porcelana esteatita etcoseas como huesos y marfil sustancias resinosas como beshytunasfalto cera parafinacaushycho ebonita gutaperchaj ade- mas papel celuloide seda azushyfre ambar aceites etc etc
La capaddad aisladora de esshytos cuerpos esta en derta rela cion con sus constantes dieIecshytricas EI empleo de cada uno depende de BUS propiedades fisi cas y quimicasbull EI caucho se usa para recushybrir p e los conductores de coshybreI en este caso se usa el caushycho en combinadon con tejishydos de algodon 0 seda EI espeshyBor de Ja capa aisladora depen-
Fig 41
44 --
de del voltaje y de las condiciones del ambiente a las que va a estar sometido el conductor En transformadores y maqulnas donde el espacio es escaso se reemplaza el aislamiento grueso de caucho por una capa de esmalte 0 barniz aisiador
Porcelana vidrio ebonita mica etc se usan mas comosoporshytes aisladores y asi toman formas apropiadas para recibir los cables en los llamados propiamente aisladores (figs 40 4142) 0 en forma de tubos botones placas etc
En el ultimo ano se han hecho ensayes muy interesantes con oxishydo de aluminio fundido material aislante mucho mejor que-la porshycelana pero tal vez tambien mucho mas caro bull
EI asfalto se ve con-mucha frecuencia en las pilas secas y tamshybien 10 usan con muy buen resultado para impregnar bobinas en el interior de motores y generadores
Gran importancia tiene el llamado aceite de transformadores que se usa para sumergir en el los devanados de aqueHos aparatos y que tiene que cumplir ciertas condiciones rigurosas pe tiene que estar libre de agua absolutamente
- La esteatita y otros minerales de magnesio desempeiian un gran papel como aisladores buenos sobre todo en regiones donde hay yashycimientoll de estos materiales como pe al rededor de Medellin
c) Electrodos
Aunque en las plantas electroquimicas se emplean a veces eshylectrodos de distintos metales como oro plata plomoaluminio hieshy
rro etc y aunque todo estudiante conoce muy bien el empleo de los electrodos de platino en los laboratorios el material mas importante para electrodos es el carbono Con mucha lrecuencia se reemplazan tambien en los laboratorios los electrodos de platino por electrodos de carbono porque ademas de ser mas barato el carbono tiene en la mashyyorhi de los casos la misma ventaja que el platino de no ser atacado por las sustancias que Ierodean
Claro que la preparacion de los electrodos es un trabajo que re quiere mucho cuidado Las materias primas para eHos son cok anshytracita negro de humo breas y alquitran Todas estas sustancias que deben Silr sumamente puras (sobre todo libres de cenizas) por 10 general se emplean juntas Se mezclan convenientemente se les da
~ en una prensa hidraulica la forma que se desea y se calcinan despues en hornos anulares
Muy semejante hasta con frecuencia identico al material de los elcctrodos es el material del cual se hacen los carbones de las lampashyras de arco voltaic y las escobiUas de los motores y generadores
II-Instrumentos de medida f
a) Para ITledir iiltensidad
EI instrumento que mide la intensidad de una corriente se llashyma amperimetro Ya dijiInos en la parte teoricaque un amperimetro tiene que intercalarse siempre en el circuito se dice que el ampeshyrimetro se coloca en serie con el aparato cuya intensidad quiere medirse Por esto el electricista que trabaja con un amperimetro debe tener en cuenta siempre que el mismo instrumento gasta energia etectricapero por 10 general la potencia de gasto de tal instrumento es baja y despreciable De esto se deduce que sureshysistencia interior debe ser muy pequena Por 10 mismo sipor error un amperimetro se intercala en paralelo con Ia fuente deenergia seshy
45
I ue danara el instrumento ra tan intensa ~corr~ent que dat~~~iretros mencionarem08 Ir~-
Entre los stm o~ IpOS el coulombimetro que ya deSCrIlshymero-aunq~e Improplamene6 orquc sirve para definir internaClOshymos en la prlmera partt pag P nalmente la unidad de In- tensidad de corriente Peshyro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo cOo amperimetro es necesarlO valerse de un reloj y de una balanza
Los demas alnperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos elect~oshymagneticos y e~ectrotershymicos de la cornente feshynomenos que se hacen tanto mas not~rios canshy Fig 43to mayor cs la intensldad deIacorriente etros electromagneticos mostramos en la fishy
Entre los alper~m ll Se funda en el principio siguientel gura 44 uno de os n~as se~cl degjcam 0 magnetico interior de un soshyunnucfeo de hIerro es atratdo a I ~ la intensidad Si por un sisteshylenoid~ con una fue~za proporclona ue el movimiento del nucleo de ma nlecanico aproPlad~ hacbmo~n~ escala graduada debidamente hierro rnueva un1a abgpatso) rebtendren~os un amperimetro sencillo ( con un cou om Ime ro 0 pe La figura A8 muestr~ otro aparashy
to de este tipo Sirve Plra cc rca En In figura 45 de la pag Slgmente
vemosotro2pemdDl~~co_rnagshynetiCOdcl tipo IIamado de cuadro movil Consta este aparato de un iman permanente y una bobma ~oshylocada en el campo de este Iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de ~n camshypo magnetico segut 10 exphcado en la-Jiag- 85 de la prlm~ra parte enshytend~mos que la boblna se rctueve
_ (gira) si pasa por el~a una corrl~nte_ Entenderemos meJor el fUllcl0fashymicnto de este aparatc alestudlar
el capitulo correspondu~nte a mo tores electricos pues leIlesenCla o eS mas qu~ un pelueno ~otorelec trico cuyomovimlento glratorlo es limitadopor un resorte regulado~ - Este instrumento puedemiddot usar~e
uniltamente para corriente Cf~lshy FIg 44 nua Los instrunumtos de preCISion
bull t son-de este tipo(Sistema d Arsonshypara medlr corlen~ Cit l~ua struccion la cOnseguimos haciendo val) Una mOd~IClaClon Ie eSt a con de una bobina por la cual pasa la girar una bruJu a ein e In erlor
co~rientef 46 49 nos muestran e sistema llamado ele~troshy Las Iguras Y d nde de la acdon de una corrlente dihamico c~yaOperacont e~e aaro que la primera corriente crea electric~ sobre o~rl cor(len -htzo en el ejemplo anterior el ~nan un campo tme)a~~e~~~md~ ~orriente ohra en este campomagnetuo
permanen
- 45shy
fa tan intensa la corriente que 10 atraviesa que daiiara el instrumento Entrelos distintos tipos de amperimetros mencionaremos pri shy
mero--aunque impropiamente-el coulombimetro que ya describishymos en la primera liarte pag 36 porque sirve para definir internacioshynalmente la unidad de inshytensidad de corriente Pe- - I
ro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo como
amperimetro es necesario valerse de un reloj y de una balanza
Los demas amperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos electroshymagneticos y electrotershymicos de la corriente feshynomenos que se hacen tanto mas notorios cuan~ to mayor es la intensidad Fig 43
de la corriente Entre los amperlmetros electromagneticos mostramos en la fishy
gura 44 uno de los mas sencillos Se funda en el principio siguientel un nucIeo de hierro es atraido al campo magnetico interior de un soshylenoide con una fuerza proporcional a la intensidad Si por un sisteshyma nlecanico apropiado hacemos que el movimiento del nucleo de hierro mueva una aguja sobre una escala graduada debidamente (pe con un coulombimetro) obtendremos un amperimetro sencillo
La figura 48muestra otro aparashyto de este tipo Sirve para cc y ca
En la figura 45 de la pag siguiente vemosotro lllPerimettAel~co~magshynetiCOdeltipo Hamado de cuadro- movil Consta este aparato de I1n iman permanente y una bobina coshylocada en el campo de este iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de un cam- po m~gneticoJ segun 10 explicado en la-pug 85 de la primera parte enshyten~$mos que Ia bobina se mueve (gira) si pasa por ella una corrientel Entenderemos mejor el funciona shymiento de este aparato alestudiar el capitulo correspondiente a moshytores electricos pues (en~estmcia no es mas qu~ un pequeiio motor elecshytrico cuyomovimiento giratorio es 1imitadopor~n resorte regulador ~ Este nstrumento puedemiddot usaise
Fig 44 unisamente para corriente conti nua Loll instru~entos de precision
para medir corriente cohtinuason~Ie este tipo(Sistema d Arsonshyval) Una modificacion de esta construccion la conseguimos haciendo girar una brujula en el interior de una bobina por la cual pasa la corriente I
I Las figuras 46 y 49 nos muestran el sistema Ilamado electroshydiitamico cuya Operacion depende de la accian de una corriente electrica sobre otra corriente~Es Claro que la primera corriente crea un campo magnetico (10 que hizo en el ejemplo anterior el iman
permanente) la segunda corriente ohra en eate campo magnetico
I
- 46shy
siendo tambien aqui su movimiento limitado por la accion de un reshysorte La misma figura 49 nos muestra una bobina movil montada soshybre un eje que se mueve en el interior de una bobinlil fija La corriente
atraviesa la bobina movil entra y sale por los resortes en espiral que al mismo tiempo obran mecanicamente Por la misma razon que un moshytor de corriente continua puede trabajar con corriente alterna (vease mas tarde)esteins~rumTnto sirve 10 mismo para corriente alterna y pashyra corrlente contlnu~
Yaque hemos acenshy ~ tuado la semejania enshy tre estos instrumentos y los motores electri-
cos no parece por de-mas mencionar que hay tambien un ampeshyrimetro de corriente almiddot
terna monofasica consshytruldo analogamente al motor asincronico de induccion que estudiashyremos mas tarde
EI amperimetro de la figura 47 se basa en un principiocompletamenshyte distinto a los anterioshyres En efectolo que se usa en el es el calentashymiento producido en un alambre metalico por la corriente electrica El calentamiento hashy
ce dilatar el alambre y esta dilataci6n se mishyde por cualquier comshybinacion mecanica En algunos instrumentos finos el calentamiento se midecon un par ter- Fig 45 moelectrico
Desde luego tambien este instrumento sirve para corriente conshytinua y alterna~ De la ultima mi-middot de segun las exshyplicaciones que
dimos en la prishymera parte el vashylor efectivo
La exactitud de los amperimetros y de los otros insshytrumentos de meshydida en sus forshymas c~merciales varia por supuesshyto La precision de un instrumen- tgt se acostumbra dar en tanto por
100 del valor inshydicado Se tiene Fig 46
- 47middotshy
como limite de exactitud 01 En los instrumentos finos la exacshytitud es 025 del valor total de la escala en los tipos medios 05 en los portatiles pequenos 1 en los instrumentos de tablero usashydos como buenos la exactitud es solo de 1 _ En los instrumentos de alta precisionla parte movil tiene con frecuencia un pequenoespejo que refleja un rayo de luz dirigido aproshypiadamente contra cl EI rayo reflectado da contra una escala grande graduada en una pantalla (metodo de Gauss y Poggendorff)
Muy hnportantees en los instrumentos un buen amortiguashymiento de la partemovil Ell por supuesto muy fastidioso que la ashyguja del instrumento oscile muchisimas veces a la izquierda y a la derechade manera que el observador no puede leer bien el valor
a larnhre ermico---shy ---
lIilo de cocentre t-
I
Fig 47
exacto EI amortiguamiento se lleva a cabo con-una paltitade alumishynio que presenta gran resistencia al movimfento en una camara de aire como se ve en la fig 48 que representa un amperim(tro de nucleo de hierro 0 en la fig 49 que representa unamperimetro electrodinamico
A veces el amortiguamiento se consigue conun disco de cobre que se expone a corrientes parasitas (vcaseprimera parte pag 97)
Un interes especial merece la cuestionde ampIiacion del campo de medicion En efecto en el comercio se encueritrardon mucha freshycuencia instrumentos que sirven para varios campos de medicionbull
La figura 50 nos muestra el exterior de un amperimetro de corrienshy te continua con trescampos de medicion AI b~ton G + lie fija siemshy
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
44 --
de del voltaje y de las condiciones del ambiente a las que va a estar sometido el conductor En transformadores y maqulnas donde el espacio es escaso se reemplaza el aislamiento grueso de caucho por una capa de esmalte 0 barniz aisiador
Porcelana vidrio ebonita mica etc se usan mas comosoporshytes aisladores y asi toman formas apropiadas para recibir los cables en los llamados propiamente aisladores (figs 40 4142) 0 en forma de tubos botones placas etc
En el ultimo ano se han hecho ensayes muy interesantes con oxishydo de aluminio fundido material aislante mucho mejor que-la porshycelana pero tal vez tambien mucho mas caro bull
EI asfalto se ve con-mucha frecuencia en las pilas secas y tamshybien 10 usan con muy buen resultado para impregnar bobinas en el interior de motores y generadores
Gran importancia tiene el llamado aceite de transformadores que se usa para sumergir en el los devanados de aqueHos aparatos y que tiene que cumplir ciertas condiciones rigurosas pe tiene que estar libre de agua absolutamente
- La esteatita y otros minerales de magnesio desempeiian un gran papel como aisladores buenos sobre todo en regiones donde hay yashycimientoll de estos materiales como pe al rededor de Medellin
c) Electrodos
Aunque en las plantas electroquimicas se emplean a veces eshylectrodos de distintos metales como oro plata plomoaluminio hieshy
rro etc y aunque todo estudiante conoce muy bien el empleo de los electrodos de platino en los laboratorios el material mas importante para electrodos es el carbono Con mucha lrecuencia se reemplazan tambien en los laboratorios los electrodos de platino por electrodos de carbono porque ademas de ser mas barato el carbono tiene en la mashyyorhi de los casos la misma ventaja que el platino de no ser atacado por las sustancias que Ierodean
Claro que la preparacion de los electrodos es un trabajo que re quiere mucho cuidado Las materias primas para eHos son cok anshytracita negro de humo breas y alquitran Todas estas sustancias que deben Silr sumamente puras (sobre todo libres de cenizas) por 10 general se emplean juntas Se mezclan convenientemente se les da
~ en una prensa hidraulica la forma que se desea y se calcinan despues en hornos anulares
Muy semejante hasta con frecuencia identico al material de los elcctrodos es el material del cual se hacen los carbones de las lampashyras de arco voltaic y las escobiUas de los motores y generadores
II-Instrumentos de medida f
a) Para ITledir iiltensidad
EI instrumento que mide la intensidad de una corriente se llashyma amperimetro Ya dijiInos en la parte teoricaque un amperimetro tiene que intercalarse siempre en el circuito se dice que el ampeshyrimetro se coloca en serie con el aparato cuya intensidad quiere medirse Por esto el electricista que trabaja con un amperimetro debe tener en cuenta siempre que el mismo instrumento gasta energia etectricapero por 10 general la potencia de gasto de tal instrumento es baja y despreciable De esto se deduce que sureshysistencia interior debe ser muy pequena Por 10 mismo sipor error un amperimetro se intercala en paralelo con Ia fuente deenergia seshy
45
I ue danara el instrumento ra tan intensa ~corr~ent que dat~~~iretros mencionarem08 Ir~-
Entre los stm o~ IpOS el coulombimetro que ya deSCrIlshymero-aunq~e Improplamene6 orquc sirve para definir internaClOshymos en la prlmera partt pag P nalmente la unidad de In- tensidad de corriente Peshyro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo cOo amperimetro es necesarlO valerse de un reloj y de una balanza
Los demas alnperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos elect~oshymagneticos y e~ectrotershymicos de la cornente feshynomenos que se hacen tanto mas not~rios canshy Fig 43to mayor cs la intensldad deIacorriente etros electromagneticos mostramos en la fishy
Entre los alper~m ll Se funda en el principio siguientel gura 44 uno de os n~as se~cl degjcam 0 magnetico interior de un soshyunnucfeo de hIerro es atratdo a I ~ la intensidad Si por un sisteshylenoid~ con una fue~za proporclona ue el movimiento del nucleo de ma nlecanico aproPlad~ hacbmo~n~ escala graduada debidamente hierro rnueva un1a abgpatso) rebtendren~os un amperimetro sencillo ( con un cou om Ime ro 0 pe La figura A8 muestr~ otro aparashy
to de este tipo Sirve Plra cc rca En In figura 45 de la pag Slgmente
vemosotro2pemdDl~~co_rnagshynetiCOdcl tipo IIamado de cuadro movil Consta este aparato de un iman permanente y una bobma ~oshylocada en el campo de este Iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de ~n camshypo magnetico segut 10 exphcado en la-Jiag- 85 de la prlm~ra parte enshytend~mos que la boblna se rctueve
_ (gira) si pasa por el~a una corrl~nte_ Entenderemos meJor el fUllcl0fashymicnto de este aparatc alestudlar
el capitulo correspondu~nte a mo tores electricos pues leIlesenCla o eS mas qu~ un pelueno ~otorelec trico cuyomovimlento glratorlo es limitadopor un resorte regulado~ - Este instrumento puedemiddot usar~e
uniltamente para corriente Cf~lshy FIg 44 nua Los instrunumtos de preCISion
bull t son-de este tipo(Sistema d Arsonshypara medlr corlen~ Cit l~ua struccion la cOnseguimos haciendo val) Una mOd~IClaClon Ie eSt a con de una bobina por la cual pasa la girar una bruJu a ein e In erlor
co~rientef 46 49 nos muestran e sistema llamado ele~troshy Las Iguras Y d nde de la acdon de una corrlente dihamico c~yaOperacont e~e aaro que la primera corriente crea electric~ sobre o~rl cor(len -htzo en el ejemplo anterior el ~nan un campo tme)a~~e~~~md~ ~orriente ohra en este campomagnetuo
permanen
- 45shy
fa tan intensa la corriente que 10 atraviesa que daiiara el instrumento Entrelos distintos tipos de amperimetros mencionaremos pri shy
mero--aunque impropiamente-el coulombimetro que ya describishymos en la primera liarte pag 36 porque sirve para definir internacioshynalmente la unidad de inshytensidad de corriente Pe- - I
ro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo como
amperimetro es necesario valerse de un reloj y de una balanza
Los demas amperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos electroshymagneticos y electrotershymicos de la corriente feshynomenos que se hacen tanto mas notorios cuan~ to mayor es la intensidad Fig 43
de la corriente Entre los amperlmetros electromagneticos mostramos en la fishy
gura 44 uno de los mas sencillos Se funda en el principio siguientel un nucIeo de hierro es atraido al campo magnetico interior de un soshylenoide con una fuerza proporcional a la intensidad Si por un sisteshyma nlecanico apropiado hacemos que el movimiento del nucleo de hierro mueva una aguja sobre una escala graduada debidamente (pe con un coulombimetro) obtendremos un amperimetro sencillo
La figura 48muestra otro aparashyto de este tipo Sirve para cc y ca
En la figura 45 de la pag siguiente vemosotro lllPerimettAel~co~magshynetiCOdeltipo Hamado de cuadro- movil Consta este aparato de I1n iman permanente y una bobina coshylocada en el campo de este iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de un cam- po m~gneticoJ segun 10 explicado en la-pug 85 de la primera parte enshyten~$mos que Ia bobina se mueve (gira) si pasa por ella una corrientel Entenderemos mejor el funciona shymiento de este aparato alestudiar el capitulo correspondiente a moshytores electricos pues (en~estmcia no es mas qu~ un pequeiio motor elecshytrico cuyomovimiento giratorio es 1imitadopor~n resorte regulador ~ Este nstrumento puedemiddot usaise
Fig 44 unisamente para corriente conti nua Loll instru~entos de precision
para medir corriente cohtinuason~Ie este tipo(Sistema d Arsonshyval) Una modificacion de esta construccion la conseguimos haciendo girar una brujula en el interior de una bobina por la cual pasa la corriente I
I Las figuras 46 y 49 nos muestran el sistema Ilamado electroshydiitamico cuya Operacion depende de la accian de una corriente electrica sobre otra corriente~Es Claro que la primera corriente crea un campo magnetico (10 que hizo en el ejemplo anterior el iman
permanente) la segunda corriente ohra en eate campo magnetico
I
- 46shy
siendo tambien aqui su movimiento limitado por la accion de un reshysorte La misma figura 49 nos muestra una bobina movil montada soshybre un eje que se mueve en el interior de una bobinlil fija La corriente
atraviesa la bobina movil entra y sale por los resortes en espiral que al mismo tiempo obran mecanicamente Por la misma razon que un moshytor de corriente continua puede trabajar con corriente alterna (vease mas tarde)esteins~rumTnto sirve 10 mismo para corriente alterna y pashyra corrlente contlnu~
Yaque hemos acenshy ~ tuado la semejania enshy tre estos instrumentos y los motores electri-
cos no parece por de-mas mencionar que hay tambien un ampeshyrimetro de corriente almiddot
terna monofasica consshytruldo analogamente al motor asincronico de induccion que estudiashyremos mas tarde
EI amperimetro de la figura 47 se basa en un principiocompletamenshyte distinto a los anterioshyres En efectolo que se usa en el es el calentashymiento producido en un alambre metalico por la corriente electrica El calentamiento hashy
ce dilatar el alambre y esta dilataci6n se mishyde por cualquier comshybinacion mecanica En algunos instrumentos finos el calentamiento se midecon un par ter- Fig 45 moelectrico
Desde luego tambien este instrumento sirve para corriente conshytinua y alterna~ De la ultima mi-middot de segun las exshyplicaciones que
dimos en la prishymera parte el vashylor efectivo
La exactitud de los amperimetros y de los otros insshytrumentos de meshydida en sus forshymas c~merciales varia por supuesshyto La precision de un instrumen- tgt se acostumbra dar en tanto por
100 del valor inshydicado Se tiene Fig 46
- 47middotshy
como limite de exactitud 01 En los instrumentos finos la exacshytitud es 025 del valor total de la escala en los tipos medios 05 en los portatiles pequenos 1 en los instrumentos de tablero usashydos como buenos la exactitud es solo de 1 _ En los instrumentos de alta precisionla parte movil tiene con frecuencia un pequenoespejo que refleja un rayo de luz dirigido aproshypiadamente contra cl EI rayo reflectado da contra una escala grande graduada en una pantalla (metodo de Gauss y Poggendorff)
Muy hnportantees en los instrumentos un buen amortiguashymiento de la partemovil Ell por supuesto muy fastidioso que la ashyguja del instrumento oscile muchisimas veces a la izquierda y a la derechade manera que el observador no puede leer bien el valor
a larnhre ermico---shy ---
lIilo de cocentre t-
I
Fig 47
exacto EI amortiguamiento se lleva a cabo con-una paltitade alumishynio que presenta gran resistencia al movimfento en una camara de aire como se ve en la fig 48 que representa un amperim(tro de nucleo de hierro 0 en la fig 49 que representa unamperimetro electrodinamico
A veces el amortiguamiento se consigue conun disco de cobre que se expone a corrientes parasitas (vcaseprimera parte pag 97)
Un interes especial merece la cuestionde ampIiacion del campo de medicion En efecto en el comercio se encueritrardon mucha freshycuencia instrumentos que sirven para varios campos de medicionbull
La figura 50 nos muestra el exterior de un amperimetro de corrienshy te continua con trescampos de medicion AI b~ton G + lie fija siemshy
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
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81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 45shy
fa tan intensa la corriente que 10 atraviesa que daiiara el instrumento Entrelos distintos tipos de amperimetros mencionaremos pri shy
mero--aunque impropiamente-el coulombimetro que ya describishymos en la primera liarte pag 36 porque sirve para definir internacioshynalmente la unidad de inshytensidad de corriente Pe- - I
ro no hay que olvidar nunmiddot ca que para usarlo como
amperimetro es necesario valerse de un reloj y de una balanza
Los demas amperimeshytros industriales se funshydan en fenomenos electroshymagneticos y electrotershymicos de la corriente feshynomenos que se hacen tanto mas notorios cuan~ to mayor es la intensidad Fig 43
de la corriente Entre los amperlmetros electromagneticos mostramos en la fishy
gura 44 uno de los mas sencillos Se funda en el principio siguientel un nucIeo de hierro es atraido al campo magnetico interior de un soshylenoide con una fuerza proporcional a la intensidad Si por un sisteshyma nlecanico apropiado hacemos que el movimiento del nucleo de hierro mueva una aguja sobre una escala graduada debidamente (pe con un coulombimetro) obtendremos un amperimetro sencillo
La figura 48muestra otro aparashyto de este tipo Sirve para cc y ca
En la figura 45 de la pag siguiente vemosotro lllPerimettAel~co~magshynetiCOdeltipo Hamado de cuadro- movil Consta este aparato de I1n iman permanente y una bobina coshylocada en el campo de este iman Recordando que un conductor con corriente es expulsado de un cam- po m~gneticoJ segun 10 explicado en la-pug 85 de la primera parte enshyten~$mos que Ia bobina se mueve (gira) si pasa por ella una corrientel Entenderemos mejor el funciona shymiento de este aparato alestudiar el capitulo correspondiente a moshytores electricos pues (en~estmcia no es mas qu~ un pequeiio motor elecshytrico cuyomovimiento giratorio es 1imitadopor~n resorte regulador ~ Este nstrumento puedemiddot usaise
Fig 44 unisamente para corriente conti nua Loll instru~entos de precision
para medir corriente cohtinuason~Ie este tipo(Sistema d Arsonshyval) Una modificacion de esta construccion la conseguimos haciendo girar una brujula en el interior de una bobina por la cual pasa la corriente I
I Las figuras 46 y 49 nos muestran el sistema Ilamado electroshydiitamico cuya Operacion depende de la accian de una corriente electrica sobre otra corriente~Es Claro que la primera corriente crea un campo magnetico (10 que hizo en el ejemplo anterior el iman
permanente) la segunda corriente ohra en eate campo magnetico
I
- 46shy
siendo tambien aqui su movimiento limitado por la accion de un reshysorte La misma figura 49 nos muestra una bobina movil montada soshybre un eje que se mueve en el interior de una bobinlil fija La corriente
atraviesa la bobina movil entra y sale por los resortes en espiral que al mismo tiempo obran mecanicamente Por la misma razon que un moshytor de corriente continua puede trabajar con corriente alterna (vease mas tarde)esteins~rumTnto sirve 10 mismo para corriente alterna y pashyra corrlente contlnu~
Yaque hemos acenshy ~ tuado la semejania enshy tre estos instrumentos y los motores electri-
cos no parece por de-mas mencionar que hay tambien un ampeshyrimetro de corriente almiddot
terna monofasica consshytruldo analogamente al motor asincronico de induccion que estudiashyremos mas tarde
EI amperimetro de la figura 47 se basa en un principiocompletamenshyte distinto a los anterioshyres En efectolo que se usa en el es el calentashymiento producido en un alambre metalico por la corriente electrica El calentamiento hashy
ce dilatar el alambre y esta dilataci6n se mishyde por cualquier comshybinacion mecanica En algunos instrumentos finos el calentamiento se midecon un par ter- Fig 45 moelectrico
Desde luego tambien este instrumento sirve para corriente conshytinua y alterna~ De la ultima mi-middot de segun las exshyplicaciones que
dimos en la prishymera parte el vashylor efectivo
La exactitud de los amperimetros y de los otros insshytrumentos de meshydida en sus forshymas c~merciales varia por supuesshyto La precision de un instrumen- tgt se acostumbra dar en tanto por
100 del valor inshydicado Se tiene Fig 46
- 47middotshy
como limite de exactitud 01 En los instrumentos finos la exacshytitud es 025 del valor total de la escala en los tipos medios 05 en los portatiles pequenos 1 en los instrumentos de tablero usashydos como buenos la exactitud es solo de 1 _ En los instrumentos de alta precisionla parte movil tiene con frecuencia un pequenoespejo que refleja un rayo de luz dirigido aproshypiadamente contra cl EI rayo reflectado da contra una escala grande graduada en una pantalla (metodo de Gauss y Poggendorff)
Muy hnportantees en los instrumentos un buen amortiguashymiento de la partemovil Ell por supuesto muy fastidioso que la ashyguja del instrumento oscile muchisimas veces a la izquierda y a la derechade manera que el observador no puede leer bien el valor
a larnhre ermico---shy ---
lIilo de cocentre t-
I
Fig 47
exacto EI amortiguamiento se lleva a cabo con-una paltitade alumishynio que presenta gran resistencia al movimfento en una camara de aire como se ve en la fig 48 que representa un amperim(tro de nucleo de hierro 0 en la fig 49 que representa unamperimetro electrodinamico
A veces el amortiguamiento se consigue conun disco de cobre que se expone a corrientes parasitas (vcaseprimera parte pag 97)
Un interes especial merece la cuestionde ampIiacion del campo de medicion En efecto en el comercio se encueritrardon mucha freshycuencia instrumentos que sirven para varios campos de medicionbull
La figura 50 nos muestra el exterior de un amperimetro de corrienshy te continua con trescampos de medicion AI b~ton G + lie fija siemshy
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 46shy
siendo tambien aqui su movimiento limitado por la accion de un reshysorte La misma figura 49 nos muestra una bobina movil montada soshybre un eje que se mueve en el interior de una bobinlil fija La corriente
atraviesa la bobina movil entra y sale por los resortes en espiral que al mismo tiempo obran mecanicamente Por la misma razon que un moshytor de corriente continua puede trabajar con corriente alterna (vease mas tarde)esteins~rumTnto sirve 10 mismo para corriente alterna y pashyra corrlente contlnu~
Yaque hemos acenshy ~ tuado la semejania enshy tre estos instrumentos y los motores electri-
cos no parece por de-mas mencionar que hay tambien un ampeshyrimetro de corriente almiddot
terna monofasica consshytruldo analogamente al motor asincronico de induccion que estudiashyremos mas tarde
EI amperimetro de la figura 47 se basa en un principiocompletamenshyte distinto a los anterioshyres En efectolo que se usa en el es el calentashymiento producido en un alambre metalico por la corriente electrica El calentamiento hashy
ce dilatar el alambre y esta dilataci6n se mishyde por cualquier comshybinacion mecanica En algunos instrumentos finos el calentamiento se midecon un par ter- Fig 45 moelectrico
Desde luego tambien este instrumento sirve para corriente conshytinua y alterna~ De la ultima mi-middot de segun las exshyplicaciones que
dimos en la prishymera parte el vashylor efectivo
La exactitud de los amperimetros y de los otros insshytrumentos de meshydida en sus forshymas c~merciales varia por supuesshyto La precision de un instrumen- tgt se acostumbra dar en tanto por
100 del valor inshydicado Se tiene Fig 46
- 47middotshy
como limite de exactitud 01 En los instrumentos finos la exacshytitud es 025 del valor total de la escala en los tipos medios 05 en los portatiles pequenos 1 en los instrumentos de tablero usashydos como buenos la exactitud es solo de 1 _ En los instrumentos de alta precisionla parte movil tiene con frecuencia un pequenoespejo que refleja un rayo de luz dirigido aproshypiadamente contra cl EI rayo reflectado da contra una escala grande graduada en una pantalla (metodo de Gauss y Poggendorff)
Muy hnportantees en los instrumentos un buen amortiguashymiento de la partemovil Ell por supuesto muy fastidioso que la ashyguja del instrumento oscile muchisimas veces a la izquierda y a la derechade manera que el observador no puede leer bien el valor
a larnhre ermico---shy ---
lIilo de cocentre t-
I
Fig 47
exacto EI amortiguamiento se lleva a cabo con-una paltitade alumishynio que presenta gran resistencia al movimfento en una camara de aire como se ve en la fig 48 que representa un amperim(tro de nucleo de hierro 0 en la fig 49 que representa unamperimetro electrodinamico
A veces el amortiguamiento se consigue conun disco de cobre que se expone a corrientes parasitas (vcaseprimera parte pag 97)
Un interes especial merece la cuestionde ampIiacion del campo de medicion En efecto en el comercio se encueritrardon mucha freshycuencia instrumentos que sirven para varios campos de medicionbull
La figura 50 nos muestra el exterior de un amperimetro de corrienshy te continua con trescampos de medicion AI b~ton G + lie fija siemshy
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 47middotshy
como limite de exactitud 01 En los instrumentos finos la exacshytitud es 025 del valor total de la escala en los tipos medios 05 en los portatiles pequenos 1 en los instrumentos de tablero usashydos como buenos la exactitud es solo de 1 _ En los instrumentos de alta precisionla parte movil tiene con frecuencia un pequenoespejo que refleja un rayo de luz dirigido aproshypiadamente contra cl EI rayo reflectado da contra una escala grande graduada en una pantalla (metodo de Gauss y Poggendorff)
Muy hnportantees en los instrumentos un buen amortiguashymiento de la partemovil Ell por supuesto muy fastidioso que la ashyguja del instrumento oscile muchisimas veces a la izquierda y a la derechade manera que el observador no puede leer bien el valor
a larnhre ermico---shy ---
lIilo de cocentre t-
I
Fig 47
exacto EI amortiguamiento se lleva a cabo con-una paltitade alumishynio que presenta gran resistencia al movimfento en una camara de aire como se ve en la fig 48 que representa un amperim(tro de nucleo de hierro 0 en la fig 49 que representa unamperimetro electrodinamico
A veces el amortiguamiento se consigue conun disco de cobre que se expone a corrientes parasitas (vcaseprimera parte pag 97)
Un interes especial merece la cuestionde ampIiacion del campo de medicion En efecto en el comercio se encueritrardon mucha freshycuencia instrumentos que sirven para varios campos de medicionbull
La figura 50 nos muestra el exterior de un amperimetro de corrienshy te continua con trescampos de medicion AI b~ton G + lie fija siemshy
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
Fig 49
esta en la cifra 7 el Instrumento indishyca 140 amperios
Tal ampliaci6n del campo de medida se efectua por medio de reostatos auxiliares Esquema fig 51 Sushypongamos que un amp er i met r 0 este construido para una intensidad maxima de 10 amperiosed la escala va desde 0 hasta10 amperios Ahora queremos amshypliar su campo de
me~hda n veces e d la Intensidad maxishyma mensurable debe ser n 10 La citra 1 en la escala debe inshy
dcar n amperios la clfra 2 debe indicar 2n amperios etc
Plra Ilevar a cabo esta variacion detershyminamos primero la resistencia i n t euroI r ior del instrumento se~ Ri ohmios Si colocashymos ahora en parashylelo con el instrumenshyto una resistencia
Fig 50
rato con el reostato auxiliar la intensidlid de n lamperios por el instrumento inicial no pasan sino I a11perios mientras que por el reostato auxiliarpasan (n M 1) I amperios La suma de las dos coshyrrientes da n L y las intensidades en las dos ramas estan en relashycion inversa con las resistencias correspondientes como 10 exigen las leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede por supucsto tambien con las fracciones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior por 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshypertmetro comun y entre sus bornes 5e putden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayor
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmios ~ntre los bornesA YB es capaz de medir una intensidad maxima de
- 4948
Ri ie ~~ alambre que viene del polo positivo de la linea Cuando el bo- Rp ---- ohmios onnea ISae con~ct~ cd~n el al~mbre que va hacia el lado negativo de lit n - 1
I bull agUja In 1shy
ca directamente los (para n == 50 Rp R + R2 y Ri R3 + RA) amperios que pasan tal como 10 indica la figura 51 el instrumento queda-a apto pashypor la inetalacion ra medir hasta n 1 amperios En efecto haciendo pasal por el apashypues la escala esta marcadacon las cifras 1 a 10 En cambio si seconecta ellado neshygativo conel baton 50 todo el campo de meshydicion de la escala indica 50 amperios ed si la aguja esta en el punto 7 el insshytrumento indica 35 amperios los datos que indica la aguja hay que multiplicarshy
los pues por 5 Por fin si el lado negashytivo esta en conexion con el boton 200 el instrumento mide inshy tensidades de 0 a 200 Fig 48
amperios si la aguja
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
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tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 49
Ri Rp ---- ohmios
n - 1
(para n = 50 Rp = Rl + R2 y Ri Rs + RA) tal como 10 indica la Figura 51 el instrumento queda-a apto pashyra medir hasta n I ampelios En efecto haciendo pasar pOI el apa-
Fig 50
ratocon el reostato auxiliar Ia intensidad de n I ilmperios por el instrumento inicial no pasan sino 1 amperios mientras que POl el reostato auxiliar pasan (n - 1) I amperiosbull La suma de las dos coshyrrientea da n I y las intensidades enmiddot las dos rarnas estan en relashycion inversa con las resistlincias correspondientes como 10 exigen las -leyes de Kirchhoff Lo que sucede con la intensidad total (mashyxima) sucede pOI supucsto tambien con las fracCiones bull
Los instrumentos comerciales a veces tienen en su interior POl 10 general una instalacion un poco distinta constan de un amshyperimetro comun y entre sus bornes se pueden colocar reostatos (muchos electricistas usan la palabra inglesa shunt) que hacen la lectura 10 0 100 veces mayorbull
Facilmente se ve que si el instrumento con Ri = 9 ohmioll entre loa bornesA itB es capaz de mediI una intensidad maxima de
4
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
50 -
10 amperios el campo de medici6n se aumenta a una intensidad madma de 100 amperios conectando a los bornes A y B del instrushymento una resistencia de 1 ohmio
En el primer caso Ia cifra de 6 de la rios la misma cifra 6 en el segundo caso
Parece inutil agreshygar que el instrumenshyto propiamente dicho (ed sin los reostatos auxiliares) trabaja y reacciona siempre de la misma manera
PROBLEMA Un bull galvanometro de 10 ohmios de resistencia debe adaptarse n una medicion de 30 amshypenos valiendose de un alambre de cons- tantana de 3mm de diametro de manera que pase por el galvashynometro 1 1000 de la corriente que ha de medirse Culll debe ser la longitud del alamshybre de constantana
G
escala indicaba 6 ampeshyindicara 60 amperios
I
loA
Segun 10 que hemos Fig 51 visto laintensidad del instrumento debe ser 30 1000 = 003 amperios por el shunt debe entonces pasar el resto 0 sea 2997 amperios Las Ieyes de Kirchhoff nos dan entonces la relacion siguiente
de donde x
003 x
2997 001 ohmios aprox
Fig 52
10
Del cuadro numero 3~el apendice sacamos que unalambre de constantanae 3 mm de seccion tiene mom 0072 Qhmiospor metro
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 51-
Para obtener un reostllto de 001 ohmio necesita~s entonces m o m 14 cm
Muchos amperimetros no dejan pasar directamente la corriente por el instrumento sino que efectlian una medida indirecta vaW~nshydose del llamado transformador de medida cosa que se hace espeshycialmentecuando se trata de medidas de alta tension Los detaBes los estudiaremos mas tarde en el capitulo sobre transformadores Estos tranformadores de medida que linicamente pueden usarse en combinacion con instrumentos de corriente alterna desempeiian para estos instrumentos un papel semejante a los shunts en los in~trumentos para corriente continua (Vease fi1i 52)
Para medidas muy eaetas suelen U5arse a menudo los Bamados galvanometros de espejo Son estos aparatos scncillamente amshyperimetros cuya parte movil gira muy poco Comunmente una aguja montada en el eje movil por muy larga que fuera giraria unicamente en un sector muy estrecho 10 que dificultaria muchisi shy
mo la lectura exacta En tal caso Ia parte movil esta provista de un espejito contrael cual se dirige un haz de luz vease fig 53 y el esqueshyma fig 54 Si este espejito gira hara movimientos semejantes a los de una aguja larguisima Este rayo reflejado da contra una pantalla grashyduada adecuadamente La Mancha luminosaque aparece en la pantashyIla hace las veces de la punta de la aguja en los instrumentos comunes
b) Para medir tension Ya dijimos en la primera parte quelh_ay dos cla3es de voltimetros
los voltlmetros electrodinamicos y los voltlmetroselectrostaticos~ Tambien aprendimos en ella que un amperlmetro puede grashy
duarse como voltimetro electrodinamico (vease pag 45 de la primeshyra parte) Hay que observar que un voltimetro electrodinamico deshy
be colocarse unido a los dos bornes de la linea ed en paralelo con la instalacion cuya ten-
A sian queremos medir Resulta de e8to que para que elinstrumenshyto ocasione una perdida minima de energia deshybe tener una resistencia interior la mayor posi ble En su prinltipio un amperimetro y un volti- metro son iguales la di shyferenda existe pOl una parte en la graduacion pero esencialmente en la resistencia interio Un amperimetro que como se ha dicho se coshynecta en la linea debe producir la menor caida de tension posible (resisshytencia pequena) -para quefos aparatos unidos a la Hnea reciban aproshyximadamente la tension de la fuente de energia
2 ~ ~onne~t~i~~rdouol Fig 53 Y 54 de la linea debe ceashy
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
para medu reslstenclas sera pormedio de una medida cornhishy
- 55shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar de ser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
precometemos ul-~rror co~o se veclaro dE~la=_misas figurasEn laprimera medimosla tenslondeblda lerOunalntensldad aUrtlenashyda en elconsumo de corriente del volbmetro en la segunda se mlde Iii intensidad debida pero un voltaje aumentado en la caida del voltajedel amshyperimetro pe todas maneshyras uno de los dos instrushymentoa da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida exige 0 coshyrrecir estos errores 0 hacershylos despredables Para la correcci6n no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiores de los insshytrumentos
V
V E
Fig 56Una modificaci6n de eSshytos instrumentos son los lIamados ohmetros Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro m6vil y un voltimetro de ltuadro movil instalados am~os en el mismo campo magnetico de manera que el momento de glrO
de las dos bobinas combi-
R
I
--e--~---pound----shya I
V pound
----I~ ~------ Fig 57
nadas es directamente proporcional al cuociente de la tension por la intenshysidad Esto se consigue_enshyvolviendo )ii-lIDliina del voltimetro en un sentido-y~
Ia delanlpcrirnetroenel sentido opuesto ASl la torsion resultante -es-dishyrectamentcproporclonatii IS tension e inversamentc proporcional a la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a Ia resistemia
Un sistema muy comoshydo y muy senciHo de medir resistencias es el metodo de sustitushyci6n que como 10 indica sunombre conlliste en reemplnzar la reshysistencia desconocida por un reostato de resistencia concida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medlO de un amperimetro cUya indicaci6n debe pcrmanecer constahte
En csta sustishytuci6n se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos vashylores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre sl consiguienshydose aSI los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que el reostato represcntado en 1a figura 59 con solo poshy
I
52shy
sionnr el menlr Iasto de inttnsidad posible (~esistenda grande) para ~ue la bull perdlda de ~n~rgla sea pequejia Se ve que un pehgro de equlvocaClon es grave unlcamente tratandose de un amperimeshytro Conviene mencionar que los amperimetros se usan con frecuenshycia como milivoltimetros
Para ampliar el campo de medida de un voltimetro hasta aumentar la resisshytcnda interior del aparato por media de re6statos auxiliashyres conectados en serle con eI
Tambien mencioshynamos los voltlmeshytros electrostaticos en la primera parte (vease pag 27) EI fundamento de estos instrumentos es distinto de los rnencionados anteshyriorrnente Se basan
en la atracd6n 0 reshypulsion que sufren las dos placas de un condensador Esta fuerza de atracci6n puedecalcularsecon la formula
45 K A bull E2 F=---shy L2 100000000000
I
donde significa F la fuerza en gr K III constante die-
Iectrica A el area de una cashy
rn del condensashydor
E la tension en volshytios
Fjg 55 L distnnda entre las C d I I caras
unn 0 e vo taJe entre las placas del condensador es muy elevado la fue~za es npreciable para poder medir con ella el voltaje Por esto ~sshytos lnstrumentos no se usnn sino para voltajes altisimos Como am- penmetros no Slrven La flgura 55 representa uno de estos voldshymetros Una de las placas es el platillo de la balanza Las divisioshynes son de mil en mil voltios
c) Para medir resistencia
Como ~a resistencia es la reladon entre la intensidad y la ten-SlOn en un ClrCUltO basta conocer los valores de estns para deducir dishyrectamen~e el alor ~e la redstencia Por esto In primera forma
Fig 58
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 53shy
nada de la intensidad y la tension (veanse figuras 56 y 57) Pero a pesar deser tan sencillo este metodo vemos que siemshy
pre cometemos un_error como se veclaro d~Ils_millJla8figurls En la primera medimos1atensiondebida perounaintensidad aunlentashyda eneLconsumo de corriente del voltimetro en la segunda se mide hi intensidad debida pero un voltaje aumentado en v la caida del voltajedel amshyperimetro De todas maneshyras uno de los dos instrushymentoll da valores distinshytos de los verdaderos Una buena medida edge 0 coshyrreeir estos errores 0 hacershylos despreciables Para la correccion no necesitamos sino conocer las resistenshycias interiore8 de los insshytrumentos
Una modificacion de esshytos instrumentos son los
I~ vpound
Fig 56
llamados ohmetr08 Estos aparatos contienen un amperimetro de cuadro movil y un voltimetro decuadro movil instalados ambos en el mismo campo magnetico de manera que el momento de giro
de las dos bobinas combishytI R nadas es directamente
4 proporcional al cuocienter--- de la tension por la inten-
I --e-------pound----shya
V pound1
-----I~~t------- Fig 57
sidad Esto se consigyeenshyvolviendo la~bOliina del voltimetro en un sentidomiddotymiddot
middotIa delampeflmetroenel sentido opuesto Asi la torsion resultante -es-dishyrectamenteproporclona(a la tension c inver-sanierite proporciomila la intensishydad 0 sea en total es proshyporcional a la resistencia
Un sistema muy comoshydo y muy sencilIo de medir resistencias es elmetodode sustitushycion que como 10 indica sunombre condate en reemplazarla reshysistencia desconocida por un reostato de rasistencia conocida La equivalencia de las dos resistencias se comprueba por medio de un amperimetro CUya indicacion debe permanecer constante
En csta sustishytucion se emshyplean reostatos especiales por 10 general son se- ries de reostatos de distintos va- lores hechos de tal manera que por medio de
clavijas pueden combinarse enshytre SI consiguien- Fig 58 dose asi los valores distintos para la resistencia La figura 58 nos muestra tal caja de resistencia
Claro que elmiddotre6stato representado en la figura 59 con solo poshy
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
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81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 54
Fig 59 0
nerle una escala graduada a 10 larshygo de las guias del trineo sirve para el mismo fin
Es conveniente anotar que reosshytatos de medicion de una resistenshycia muy elevada no resisten por 10 general intensi- dades grandes ya que estan consshytruidos de alamshybres muy delgashyc dos y muy largos
EI metodo mas exacto y tal vez mas usado para
Fig 60
medir resistencias es el metodo del puen a h te de Wheatstone A BComo vimos en la primera parte (pag 58 59) por medio de una fuente de electricidad un amshyperimetro y tres resistencias conocishydas podemos dcshyterminar el valor de una cuarta resisshytencia cuando el amperimetro no muestra ninguna
C Fig 61
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 55shy
corriente en una combinaci6n como la indicada en la figura 60 Los aparatos tecnicos corresponden el esquema de la figura 61
Rv es un reostato de resistencia conocida Rx es la resistencia que se quiere medir G es el amperimetro del puente AB es un alamshybre calibrado Ademas se ve en la figura la fuente de electricidad (pila)
El manejo de este aparato se reduce sencillamente a mover el terminal suelto del puente a 10 largo del lilambre AB hasta que el
bull amperimetro no registre ninguna corriente En este momenta se cumpl~ la condici6n teorica del aparato y tenemos segun 10 que vishymos en la i primera parte
Rx R~ shya b
o sea R~ a
Rv b
Esta ultima relacion es Ia relaci6n de las resistencias de las d03 porciones del alambre calibrado en que queda dividido por el termishy
~-----------------------------~--------~-------- ROOO
Ilt
11
T
Fig 62
nal del puente Es claro que tratandose de un alambre calibrado y homogeneo la resistencia es proporcional a la longitud de manera que la relaci6n a b sera tambien la relacion de las dos porciones de longitud que son las que se miden directamente en la practica
Es conveniente anotar que la fuente de energia puede ser de coshyrriente continua 0 alterna ~esde que los re6statos no tengan ni inshyducci6n ni capacidad Concorriente continuase emplea en el puente un amperlmetro de cuadro m6vil con corriente alterna se usa un teshylefono que no suena si el puente esta sin corriente
La figura 62 muestra un puente para corriente alterna Tiene en el interior un alambre AB en forma de circunferencia La esshycala sobre la cual se mueve la manivela (terminal m6vil del puente)
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-------------------
v
Fig 64
z
mayor que 10-7 y la conshycentracion de los iones OH es menor que 10-7 bull pero siempre el producto da 10_14 En soluciones basicas la conshycentraci6n de los iones H es por supuestomenorque 10_7bull
Liamase coeficlente de acidez (pH) el logaritmo negativo de la
ur--~
Fig 66
- 56shy
indica directamente la resistencia del reostato desconocido La Fuente de energla y el reostato conocido que puede a voluntad ser de 10 1000 lOCO ohmios estan en el interior de la caja
La resistencia que se quiere medir (X) se conecta a los bornes exteriores T es un tehifono 0 timbre y Sun interruptor de martillo que hace interrumpir la corriente de la pila
EI alambre calibrado que aeabamos de ver en los experimentos descritos y que con poco aeierto suele lIamarse puente de medida tiene otra apHcaeion en los metodos de medida llamados de eompenshysacion Las medidas de compensacion se fundan en la comparacion de una tension desconocida con la caida de tension en una resisshyte~cia conocida~ por la que pasa una corriente Para esto se unen dos circuitos entre sl de tal modo que la caida de tension que se presenta en uno de ellos la compense la tension que actua sobre el segundo y en consecuencia no circule mas corriente por este ultimo La fig 63 muesshytra laconexion de principio La bateria de aeumuladores E esta conectada a los exshytremos de la resistenia AB de modo que por esta cir shycula una corriente consshytante AI puntoAy cuidan do de que los polos sean del mismo nombre esta conec- tado a un segundo circuito formado por la pila de tenshysion e el gavan6metro G y el contacto de corredera C Este ultimo se desplaza a 10 largo del puente de me~ dida AB hasta que la intenshysidad de la corriente marcBshyda Ior el galvanometro G Fig 63 sea Igual a cero Entonces habiendo graduado eonvenientemente el alambre calibrado de acuershydo con In tension E se puede computar facilmente la tension e
EJEMPLO Un ejemplo muy interesante para esta operacion 10 encontamos en los laboratorios en el caso de la determinacion
del coeficiente de acidez pH En cualquier solucion ashy
cuosa (deacidos bases 0 sashyles) el produeto de las eonshycentraciones de los iones H y delos iones OH es constanshyte=11014 =lX1014 (a 25 0 )
Ahora si la solucion es neushytra la concentraci6n de los iones H es 10-7 (= la coneenshytracion de los iones OH) si la solucion es acida la conshycentradon de los iones H es
-57 -
concentracion de los iones H Si la conjlentracion de el10s es p e 107 (soludon neutral se dice que pH =7 una soluc~on CO pH =0 seria entonces acida y una solucion con pH 10 serla baslca
(JOo de fItJlil7O
homha de
Fig 65
Ahora bien una solucion con ~ierta acidez prosIuce en contacshyt~ COl una solu~ion de otra acidez una tension porque no solo dos metales distintos sumergidos en cierto liquido producen tenshysion etectrica (vease primera partepag12) sino que ~abien 10 hashyeen do polos del mismo metal en do~ hqUldos de dlstmta concenshy
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
57 -
concentraci6n de los iones H Si la conFentraci6n de ellos es p bulle 107 (soluci6n neutra) se dice que pH =7 una soluci6n con pH =0 seria entonces icida y una soluci6n con pH 10 seria basica
IVDO de rJlit70
Fig 65
I Ahora bienuna solucion con cierta acidez prosJuce en contacshy
to co~ una solucion de otra acidez una tension porque no solo dOli metales distintos sumergidos en cierto lIquido producen ten sion electrica (vease prirnera parte pag 12) sino que tarnbien 10 hashycen dOl polos del mismo metal en dosllquidos de distinta concenshy
r-----------=j- 11 4+~_______--
Fig 66
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
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81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 58 - 59shy
i tracion (vease figura 64) y pasta dos polos de hidrogeno en llquidos tener en el coulombimetro el equivalentc electr9uimico de cul~ de concentracion distinta de hidrogimo (vease fig 65) EI hidroshy quier 8ustancia debe haber pasado por la SOIUCln un coulomblo geno se emplea COInO polo cargando con el dos tubos de platino Por supuesto los couioInbi08 pueden Inedlrse tambien con (material inerte) que forman los polos solidos un amperimetro y un reloj
Podem08 medir nuestro valor pH conectando de la manera I
e) Para medir potencla_ do y la que queremos analizar con dos polos de hidrogeno La ten~ como 10 muestra la figura 66 una solucion con pH conocishy
~b It I dLa potencia de la eorriente continua se 0 tleIe mu lp lcan 0 la tension p~r la intensidad Basta pues con un voltlmetro y un aInshy
sian de la pila as formada la determinamos p~r el sistema de com~
Fig 67
pensaci6n Habiendodeterminado as la tension del sisteIna y conoshyciendo ademas laconcentraci6n en iones H de una de las dos solushyciones eInpleadas puede calcularse ficilmente el pH de la otra
Se venden hoy a~
90V
~
paratos exactisiInos y de InUY facil mashynejo que sirven pashyra la deterIninaci6n rapida de pH y que contienen en una caja conveniente~ mente construdil y con sus organos de regulacion los acceshysorios para el meshytodo qe compen-middot saci6n
d) Para medir cantidad de eshy
lectricidad
EI metodo misFig 68 seneillo es el metoshy
do del coulomblmetro descrito en la primera parte pig 36 puesto que las cantidades de 8ustancias segregadas son direetamente proshy porcionales ala cantidad deelectricidad Recordamos que para ob- Fill 69
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-59shy
tener en el coulombimetro el equivalente electroquimico de cunlshyquier sustancia debe haber pasado por la soluci6n un coulombio
Por supuesto los coulombios puedimmedirse tambien con un amperimetro y un reloj
e) Para medi~ ~a_ ~
La potencia de la corriente continua se obtiene multiplicando la tension por la intensidad Basta pues con un voltimetro y un am-
Fill 69
bull
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
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tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 60shy
penmetro m~dir dichos valores It 1 I tenda y mu lp lcar os para obtener la po-
En la practica para medir la t bull no se usan separados sino qu po enCla estos dos Instrumentos to se lIamaentonces vatimetoseSus~n en uno solo Tal instrumen~
t degundo por dos bobinas una co e esto un vatimetro esta formashyla otra como ampe~imetro ~u~ sta fnoEvOlfimetro que es movil y quema de la figura 68 se ve eta IJa n da flgura 67 y en el esshybull S 0 representa 0
La b b 0 lna de amperimetro J SA d tico que como sabem - pro uce un campo magneshyvoltimetro que gira d~~oPJ~]~r~lOna a I~ intensidadbullLa bobina de fuerza proporcional a I nterlor bende a desvlarse con una siguiente al voltaje enreCgoJlentel(u)e paja por ella (y por conshymagnetico que vimos antes 0 a e a y a a lntensidad del campo es directamente proporcion~l edultando de esto que la desyiacion bobina segundo a la intensidad s clsah ~rlmf~~ al voltaje sobre la de las dos 0 sea a-Ia potencia E ~ a I~a IJa ed al productotonion sobre un ~ta desVlaclon se manifiesta por la
a agUja que esta contrarrestada por un resorte En
~ M
iman
A
~~===41s - contador de
--t-+- revollcionesmiddot1
t o
Fig 70
la figura 68 hay dos t bull I Ipara 600 VOltiOoi ermlna es para e voltaJe para 90 voltios y
metrSd~~e~trq~e de ac~etdo con 10 que hemos ~sto un vad~ dos como voltimetron e~upe~ttr 4d bornes que deben conectarae
De Ja explicaci6n se d e 0 Yd os comI 0 amperimetro en serie espren e que 0 que se md t
aparato es un esfuerzo meca ( d fie con es e puesto tiene su ori en en la mco ~esor~e e or~ado) que por sushyra parte (pa 124) g potencla electrHaVlmo~ en la primeshyI
potencia m~ que~c~alndo_ lle_trata __de corriente alterna la anlca equlva e a l producto
P ecf ief bull cos cp
- 61-
Ahora bien si conectamos un vatimetroa una corriente altershyna 10 que pOl
69
supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi- nas) el valorindicado poria aguja sera lit potencia efectiva
Otro tipo de vattmetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de dos bobinas Bjas y un tanibor de aluminio giratodo con aguja Y resorte
como se ve en la figura
Fig 7l~ De las dos bobinas la de alamb~e grueso es Ia de intensidad Ia
de alambre fino es la de- tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcionala ia potencia Este tipo de vatimetro recibe el nombre de vatimetrode induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones grandeS exige para su medicion los mismos instrumenshytos que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 2 0 hasta 3 instrumentos del mismo tipo y algunas veces estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de uq instrumento trifasico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente bifasica
I
f) Para medir energla Se sobreentiende que los apa~atos que miden energia ti~nen
que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen estos instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre de contadores Un tipo muy usado de contador y que en sU construccion es relativamente sencillo 10 representa el esquema de la figura 70
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produceIa bobina de amshyperimetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina dE voltimetro EI momento giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potemia del circuito Conectandci ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadas conshy
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
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81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
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d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
6l
Ahora bien si conectamos un vatimetro a una corriente altershyna 10 que POl supuesto se puede hacer debido a su construccion (cambio simultaneo del sentido de las dos corrientes en las dos bobi-middot nas) el valorindicado poria aguja sera lilpotencia efectiva
Otro tipo de vatiInetros utilizables unicamente para corriente alterna se funda en el mismo principio de los motores bifasicos ashysincronicos de campo giratorio (vease mas adelante) Consta de do
Jbobinas fijas y un tanibor de aluminio giratorio con aguja y resorte como se ve en la figura 69
Fig 71
De las dos bobinas la de alambre grueso es la de intensidad la de alambre fino es la de tension Como en el caso anterior el par de torsion es proporcional a la potencia Este tipo de vatlmetro recibe el nombre de vatimetro de induccion
La corriente trifasica tan sumamente importante hoy para instalaciones granaes exige para su medicion los mismos instrumenshytOil que la corriente alterna comun (monofasica) Algunas veces hay que emplear 20 hasta 3 instrumentos del mismo tipo yalgunas vecell estosdos 0 tres instrumentos se encuentranen la misma cajade mashynera que la gente habla de un instrumento trifallico Los demas detalles los veremos mas tarde cuando hablemos detenidamente de las propiedades y del trabajo con la corriente trifasica y 10 que vale para ella vale analogamente tambien para la corriente_ bifasica
f) Para medir energia
Se 80breentiende que Jos aparatos que miden energla ti~nen que contener de cualquier manera un vatimetro y un reloj Tienen
est08 instrumentos mucha importancia en el abastecimiento de energia electrica donde toman el nombre decontadores Un tipo muy usado de contador y que en su construccion es relativamente sencilIo 10 representa el esquema de la figura 70 I
Constan estos instrumentos de un motorcito cuyo eje puede gishyrar sin obstaculo EI campo magnetico 10 produce Ja bobina de amshyperlmetro y en el gira (sin nucleo de hierro) la bobina de voltimetro EI momenta giratorio del rotor (bobina de voltimetro) es pues proporcionai a la potencia del circuito Conectando ahora el eje rotatorio adecuadamente con un sistema de ruedasdentadall con-
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
62
tador de revoluciones y haciendo Ia velocidad del eje tambiem proshyporcional a la potencia el sistema contador de ruedas dentadas nos indicara la energia La regulacion de la velocidad se consigue por
medio de un disco de aluminio que gira entre los polos de un iman permanente las corrientes de Foucault que con el movimienshy
tei se producen en el disco sirven de fuerza de freno y por ser proporcionaJes a la veloci-
L dad haccn que el numero de revolucions sea proporcional a la potencia consumida en el circuito
Tenemos par motor C K E I par de freno CI KIN
A la velocidad de regimen C = Cl es decir que el numero de revoluciones en el tiempo T
Fig 72 N T K E I T=K P T Kl
o sea es proporcional a la potencia P y al tiempo T Lo mismo que en los vatimetros existe un tipo de eontadores
Hamado de induccion basado en el mismo principio Consta esta dase de contadores que sirven unicamente para corriente alterna de dos bobinas fijas una de intensidad otra de tension que produshycen un campo giratorio una rueda de alumlnio se mueve en este campoy un iman permolente ejcrce sobre la misma rueda la aeshycion de frenaje de que hablamos en el paragrafo anterior
EI lIamado contador elecshytroHtico que en redidad no es mas que un coulom bi m eshytro consta de un recipiente donde se hace C la electrolisis de una sal de mercuriomiddot EI mercurio seshygregado en el R catodo se re- f coge en un tu- llJlJL bo capilar grashyduado directa- Fig 73 mente en kiloshyvatios-hora para un voltaje dado que desde luego debe p~rmanecer constante
g) Paramedir frecuencia
Segun Iaformula paraiaimpedancia quehemos vista en Ia pri shymEira parte (pagll0)) nos queda facit determinar la frecuencia de un circuito con una bobina 0 un condensador conociendo la reshysistenda ohmica la autoinductividad 0 la capacidad) y la impedanshycia Fundandose en este hecho se ha ideado en el transcurso del tiempo un gran numero de frecuendmetros Todos ellostienen ensu interior una instalacion que en forma sumamente primitiva y apeshynas esquematica mostramos en la figura 72 La corriente se entrega en ramificacion ados circuitos de los cuales el uno contiene nada mas
63 -I I
ue una resistencia ohmica R pero el otro contiene una bobina L ~on auto inductividad Si entregamos ahora a los dos puntos de Ia ramificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos ramas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que mide el instrumento ashyhora es sencillashymente la relacion de las dos intenshysidades en las dos ramas Es claro que en igualdad de las demas conshydiciones Ia inshytensidad en la rashyrna L varia cuanshydo varia la Ereshycuencia de la coshyrriente entregashy
Flg 74 da De esta rela- i La fig 73 representa el esshycion se deduce la frecuencia
quema del frecuen~i~et~ Simes ~e resonancia electrodlnamlco EI ClrCU1shyto de resonancia esta formado pormiddot la bobina de campo F la autoinduccion
L y hl eapacidad C La bobina movil 01 mide la tension existente en la lishynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por la eapacidad CI bull EI par de equilibrio de la bobina movil 0 se bshytienel con 02 coloeaclaencortoclreulto Para la frecuencia de resonanCla la agumiddot ja ocupa el punto medio y ~egun que esti por enClma 0 por debaJo de este punto se movera ~ un lado u otro La escala se construye p e de 48 a 52 peshyrrodos cuando se trata de medir una frecuencia normal de SO periodos
Obedeceri a un sistema perfectashy mente distinto los llamados frecuenshycimetros de lengiietas que se fundan en la resonancia mecanica (vease fig 74) EI sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie I de muelles elasticos llam~dos lengiietas sintonizadas au determm~shydas frecuencias Las lenguetas van fl shyjas unas al lade de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes
Fig 75 AI peine de lengiietasva unio un nushycleo de hierro colocado frente a los polos de un electrOlman ~nshyviando una co~riente alterna al e~ectroiman el puente de lengueshy
l
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
63 shy
que una resistencia ohInica R pero el otro contiene una bobina L con auto inductlvidad Si entregaInos ahora a los dos ~untos de la raInificacion una corriente altershyna entonces hashybra en las dos raInas intensishydades distintas porque el circuishyto con la bobina tiene mas resisshytencia que el 0shy
tro Lo que Inide el instruInento ashyhora es sencillashyInente Ia relacion de las dos intenshysidades en las dos raInas Es claro que en iguaidad de las deInas conshydiciones la inshyttinsidaden la rashyIna L varia cuanshydo varia la freshycuencia de la coshyrriente entregashyda Oe esta relashy FIg 74 cion se deduce la frecuencia La fig 73 representa el es-
queIna del frecuencimetro SiInens de resonanda electrodinamico EI drcuishyto de resonancia esta forInado por la bobina de caInpo F la autoinducci6n L y la capacidad C La bobina movil 01 mide la tensi6n existente en la 11shynea y la intensidad en ella esta desfashysada 90 0 por Ia capacidad CI bull EI par de equilibrio de Ia bobina movil 01 se obshy
tiene con 02 colocada encortocircuito Para Ia frecuencia de resonancia la agu ja ocupa el punto medio y segun que este por encima 0 por debajo de este punto se mo~era a un lado u otro La escalase construye p e de 48 a S2 peshyrlodos cuando se trata de medir una frecuencia norInal de 50 periodos
Obedecen a un sisteIna perfectashyInente distinto los llamados frecuenshydmetros de lengiletas que se fundan en la resonancia Inecanica (vease fig 74) El sistema de medida de estos frecuencimetros esta formado por una serie de Inuelles elasticos llamados lengiletas sintonizadas a deterininashydas frecuencias Las lengiietas van fishyjas unas al lado de otras sobre un puente (peine de lengiietas) que a su vez va montado sobre dos resortes Al peine de lengiletasva unido un nushy
cleo de hierro colocado frente a los polos de un eIectroiInan Enshyviando una corriente alterna al electroiInan el puente de lengiie-
Fig 75
I I
bull
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 64shy
t~s con todas las lengiietas a el fijas empieza a oscHar de bilmente SIn embargo aquellas lengiietas cuya recuencia prQpia coincide con la frecuencia de la corrierite alterna oscilaran con mayor amplishytud merced al fenomeno de resonancia
La Hamada rueda fonica sirve para convertir pOI medio elecshytrico las oscilaciones (pe de un diapason) en movimientos rotato-
If
l
~ I 1 N
I I I
rios De la velocidad de rotacio~ puede deducirse la frecuencia de la vibraci6n
h) Oscil6grafo
Un aparato destinado a dar la impresion bien sea visual 0 foto-shy
- 65
grafica de I forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) eltubo de Braun puede servir de osci1ografo combinlmdolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadisimo de plata poria cual ipasa la corriente en estudio Sobre la vuelta de alambre y en todo el centro del campo magnetico esti sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOI consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensi-middot dad angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiv6n de la corriente Si esta pantalla se reemplaza poruna pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujara directamenshytela forma de la onda Un ejemplo detal imagen fotografica 10 mosshytramos en la figura 70 I i
En vez de lapelicula fotografica se usa tambilm la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) FasirJetro I
En la primera parte (pag 124) heritos deducido con todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension plaquor el factor cos ltp 0 sea el coseno del angulo de desfasamientoentre intensidad y tension Es claro que conociendoe~ta potencin efectiva y los vashylores de la intensidad y la tension podemos deducir el cos ltp La ~oshytencia efectiva la leemos en un vatimetro y los valores de la intensishydad y la tension en dos aparatos como los descritos anteriormente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directamente el factor de potencia
k) Para medir inducHvidad
Descle la primera parte recaldamos que la autoinductividad desempena un papel muy importante para la impedaricia Ahora bienesta misma formula (vease primera parte pag llO)(nossirve para determinar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que mediI la resistercia ohmica la impedancia y la frecuencia de 18 corriente alterna con la cual se determino la impedancia FacHshymente se saca entonces pOI calculo el valor de la autoinductividadmiddot
Existe tambien un m6todo para medir inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este mHodo tambi6n empleado para mediI Ia cashypacidad de condensadores tiene placticamente mas importancia para la medicion de estaiiltima PQr esto 10 describiremos en el proximo paragrafo
1) Para medir capacidad
Tambi6n este valor puede deterthinarse con la formula conocishyda de la impedancia como describirrlos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad I
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparaci6n de la cap~cidad que se estudia con un
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
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81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 65-
grafica de hl forma de las ondas se den~mina oscilografo Particu larmente tratandose de corrientes alternas tienen importancia las formas de onda de la tension e intensidad Como vimos en la primera parte (pag 142) el tubo de Braun puede servir de oscilografo combinandolo con un espejo giratorio
Otro oscilografo se funda en el siguiente principio entre los polos de un electroiman fuerte se encuentra una vuelta de alamshybre delgadlsimo de plata poria cual pasa la corriente en estudio Sabre la vuelta de alambre y entodo el centro del campo magnetico esta sujeto un pequenO espejo (vease fig 69)
La corriente que pasa pOI el alambre 10 hara girar pOl consishyguiente el espejo girara un cierto angulo proporcional a la intensishydad Angulo que es positivo 0 negativo segun el sentido de la corriente Dirigiendo un haz de luz a este espejo el rayo reflejado dara soshybre una pantalla colocada convenientemente la forma del vaiven de la corriente Si esta pantalla se reemplaza POI una pellcula cinemashytografica que se mueva uniformemente el rayo dibujaradirectamenshytela forma de la onda Un ejemplo de tal imagen fotografica 10 mosshytramos en la Figura 70
En vez de la pelicula fotogrAfica se usa tambien la instalacion con el espejo rotatorio que describimos en la primera parte (Pag143)
i) Fasmetro
En la primera parte (pag 124) hemos deducido can todo detenishymiento que el valorefectivo de la potencia de una corriente alterna es igual al producto de la intensidad poria tension pOI el factor cos cp 0 sea el cseno del Angulo de desfasaIniento entre intensidad y tension Es claro que conociendo esta potencia efectiva y los ashylares de la intensidad y la tension podeInoa deducir el cos cpo La poshytencia efectiva la leemos enun vatimetro y los valores de la intensishydady la tension en dos aparatos COInO los descritos anteriorInente En la practica esto se ha simplificado y se han reunido los tres insshytrumentos en uno solo cuyas desviaciones dan directaInente el factor de potencia
k) Para medir inductividad
Desde la primera parte recalcaInos que la autoinductividad deseInpena un papel muy iInportante para la iInpedancia Ahora bienesta misIna forInula (vease priInera parte pag 1l0tnossirve para deterIninar la autoinductividad Ls de una bobina No hay mas que Inedir la resistencia ohmica la iInpedancia y la frecuencia de la corriente alterna con la cual se determino la iInpedancia Facil shyInente se saca entonces POI calculo el valor de Ia autoinductividad
Exilte tambien un Inetodo para mediI inductividad con el puenshyte de Wheatstone Este metodo taInbien cInpleado para Inedir Ia cashypacidad de cond(msadores ticne practicaInente Inas iInportancia para la Inedicion de estaultiIna POI esto 10 describireInos en el proxiIno paragrafo
I) Para medir capacidad
TaInbien este valor puede determinarse con la forInula conocishyda de la impedancia COInO describiInos en el paragrafo anterior pashyra la autoinductividad -
En la medida practica de capacidades se prefiere siempre el sistema de comparacion de la capacidad que se estudia con un
5
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
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81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-66shy
condensador normal Como patron se emplean condenaadorea de precision
EI m~todo que ya hemos deli shyneado en el paragrafo anterior es el siguiente Se alimenta huna instalacion de puente de Wheatsshyt)ne con corriente alterna y se reemplazan dos reaiatenscia por doacondensadores como 10 muesshytra la fig 77 Como indicador de que el puente esta sin corriente se usa un telefono
Cuando el puente esta sin coshyrriente vale lasiguienteecuacion
GRI Cz
Rz CI Observese que la relacion es in- Fig 77
versa a ladel puente deWheatsto- ne para resistencias (vease primera parte pag 59) En efecto tenemOB las siguiente secuaciones por ser Q C E y por ser el voltaje igual en las dos ramas capacitivas
CI QI -01= Q2
Es claro que Ill misma can~ad de electricidad que paaa por Cl pasa tambien por Rt y par Cz Ill misma que pasa por RZ Para tiemshypos iguales estas cantidades de electricidad son directamente proshyporcionales a las intensidades
Q II Q2 I
Pero por las leyes de Kirchhoff
Por consiguiente reemplazando obtenemos
S=R2 C~RZf
Otro metoda para medir capacidades mejor dichopara comparar capacidades es el del galvanometro baUstico Este aparato es nada mas
que un amperimetro can inercia muy baja de Ill parte inOvil Cuando dos condensadores se cargan al mismo voltaje las cantidades de eleeshytricidad que devuelven en la descarga son proporcionales a las cashypacidades (Q = CE) Ahora bien si esta descargase hace a travea del amperimetro baHstico las desviaciones de este ultimo aparato que son proptgtrcionales a las cantidades de electricidad nos daran la rCllaciOn de las capacidades
CI 01 C 52
donde 0 indica ill dcsviacion de Ill aguja del amperirnetro baU~tico Conviene agregar a este capitulo que Ill medicion de constantes
dielectricas se efedua tambien por medicion de capacidades 10 que entenderemos en seguida fijandonos en la definicion de la constanshyte dielectrica (vease primera parte pag 29)
m) Para medir otros fenorpenos
Lamedicion de altas te~peraturas se lIeva ~ cabo can freeuenshycia valiendose de efectos electricos Ya dijimos en la primera parte que Ill resistencia de un conductor yarra con Ill temperatura (pag 41
-67shy
En eate hecho se funda el Hamado pir6metro de reaiatencia En eate aparato que es un puente de Wheatstone las variacionea de resiatenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variacionea de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en Ill pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directa- mente la temperatura Veaae fig 78~
Un metodo muy comodo pashyra medir electri shycamente tempeshyraturas ae basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pig 136 de la primera parte Las lIamashydas termopilaa se
A hacen hoy con t b mucha frecuenshy
flt 1 F 78 ~il~ttneo ~I~~~ ct h Ig forman entoncea
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Eate dispositivo se coloca en un tuba de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto se intala por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir LOll dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno lie conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Oesde luego cuando ae trata de medir temperaturas que excedan de - digamos - 5000 bull no se neceshysita emplear material tan caro como ill platino sino que ae trabaja mas bien con hierro y conatantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente como ae ve en la figura 79 en el campo de viata de un anteojo ae encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo ae dirige l contra la auperficie incandesshycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcion de la temperatura I
I
-------1III---r--i Fig ~9
rojo incipiente 1 bullbull 525 0
ro~o oscuro bullbull 700 rOJo cereza bullbull c 8500
rojo claro bull bullbullbull 950 0
amarillo 1100 0
blanco incipientebull 13000
blanco bullbullbull bullbullbullbullbull 1500middot
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 67 --
En este hecho se funda el lIamado pir6metro de resistencia En este aparato que es un puente de Wheatstone las variaciones de resistenshycia que experimenta un alambre de platino que se encuentra en ellushygar cuya temperatura ha de medirse indican las variaciones de tem- ratura EI instrumento es exactamente igual al descrito en la pag 54 pero por 10 general a 10 largo del alambre AB puede leerse directashymente la tempeatura Veaae fig 78
Un metodo muy comooo pashyra medir eJectri shycamente tempeshyraturas se basa en los fenomenos que hemos estushydiado en la pag 136 de la primera parte Las Ilamashydas termopilas lie
A hacen hoy con Mucha frecuenshycia de platino y platino rodio y forman entonces
dos alambres de mom 40 cm de longitud soldados en un extremo Este dispositivo se coloca en un tubo de cuarzo rodeado por otra masa refractaria y el conjunto lie install- por fin en el horno cuya temperatura se quiere medir Los dos extremos Iibres de los dos
-alambres que salen del horno se conectan con un milivoltimetro graduado por 10 general en grados C Desde luego cuando se trata de medir t~mperaturas que excedan de - digamos - 500 0
no se neceshysita emplear material tan caro como el platino sino que se trabaja mas bien con hierro y constantana
Otro sistema de pirometro ae funda en 10 siguiente l como se ve en la figura 79 en el campo de villta de un anteojo se encuentra un pequeno bombillo la tension del cual se puede regular por medio del reastato R El anteojo se dirige cOntra la lIuperficie incandell shycente cuya temperatura quiere medirse y que tendra un color que es funcian deIa temperatura
Fig 78
Fig 79
rojo incipiente bull bullbullbullbull 5250
rojo oscuro bullbull 700 0
rojo cereza 8500
rojo claro bull 9500
amarillo 1100 0
blanco incipiente 13000
blanco bullbullbull bullbull 15000
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-68shy
~ Porrnedio del pequeno reostato se hace que el color del b~mshybillo sea igual al color delhorno 10 que se consigue cuando el bornbishyllo desaparece en el campo de vista Como la intensidad de luz del bombillo gua~da relacioncon la que se Ie aplica en el circuitose ha intercalado un amperlmetro que por eso puede graduarse directashymenteen grados de temperatura
Un sistema semejante 10 tenemos en el pirometro representado en la figura 80 Consta de un sistema optico semejante al anterior en el cual el bombino se ha reemplazado poruna plaquita negra yuna ~ermopila soldada detras de ella EI calor irradiado por la superficie Incand)scente contra la cual hay que dirigir el anteojo es recihido por la plaquitay calienta ala termopila produciendo aSI una tension que depende de la temperatura del horno La temperatura como en el Iaso anterior elamperimetro la indica en este aparato un milivolshy~rm~tro La ventaja de este pirometro es la apreciacion objetiva del Ienomeno
Fig 80
I) Para ~edir revoluciones Un contador de revoluci~nesbastante senciIlo que n~s pe~mite
indicaciones a distanciaconsiste en un pequeno generador decorrien~ te alterna montaao sobre el eje de la maquina cuya velocidad se quieshyre medir Pormedio de un frecuendmetro determinamos la frecuenshycia del pequeno generador con 10 cual hemos medido a la vez las revoluciones por unidadde tiempo de nuestra maquina
La fig 81 representa otro sistema para medir el numero de revoluciones Por medio de una rueda ondulada se acciona un interruptor especial y seshygun la frecuencia de las interrupciones de este se aprecia la velocidad de la rueda Sirve para indishycaciones a distancia
m) Lecturas a distancia Hoy dla se acostumhra mucho dividir un instrushy
mento de medida en dos partes un organa medishydor y un organo indicador (escala con aguja) y esshytablecer el ultimo en un lugar lejano del punto donde se mide As en unaplanta moderna el inshygeniero jefe cuya oficina queda lejos de la misma fabrica tiene al frent~ de su esCri~ort~ un nushymero de instrumentos que Ie indicanpcgtrejemplo el grado de humeda~ en los salones de la fabrica la cantidad de hulla que gastan los (ogopes en los-hornos la composicion de hushymos en las distintas chiJlleneasla ternp~ratura del vapor en las
tJFig 81
-69
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentosun registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva form ada por los distintos valores indicados durante todo el dla (vease figura 82) y que revelaasilpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en lachimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se trata de metodos de medida directamente electricos como por ejemploel metodo para medir la temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el partermoeIectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el milivoltimetro correspondiente y adecuadamente graduado coloc~do el la oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de medida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento electrico Citemos como dos ejemplos bien tipicos para esta clase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de la cantidad de Hquido que hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en la figura 83 Es una membrashy na comun y corriente que transmite sus dilataciones a un siste~
rna de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamente en unidades de presion Otro sistema de manometro consta de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleacion de platina Segun la posicion del eje de la aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se 8umerge en el mercurio transformando asi la rotacion del eje de ID aguja en variacion de resistenCia -electrica Esta variashy
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-69shy
calderas etc etc Muchas veces se encuentra en combinacion con estos instrumentos un registrador ed un dispsitivo que dibuja sobre un papel especial una curva formada por los distintos valores indicados durante todo el dia (v1ase figura 82) y que revela aslpe las oscilaciones en la temperatura del vapor en 111 chimenea etc
Estas instalaciones las entendemos en seguida cuando se ttata de m1todos de medida directamente el1ctricos como por ejemplo el m1todo para medir 111 temperatura con una termopila Basta en este caso comunicar el par termoelectrico que esta dentro de la caldera por unos alambres largos con el miIivolUmetro correspondiente y adecuadamente graduado colocado e1 111 oficina del ingeniero
EI mecanismo de transmision resulta un poco mas complicado
Fig 82
cuando el aparato de ~edida propiamente dicho no se basa en un funcionamiento el1ctrico Citemos como dos ejemplos bien Upicos para esta c1ase de instrumentos un manometro de membrana con lectura a distancia y un indicador de Ia cantidad de liquidoque hay en un tanque
Nuestro manometro 10 vemos en Ia figura 83 Es una membrashyna comun y corriente que transmite sus dilataciones a un sisteshyma de palancas y engranajes que hace modificar una resistencia Estas variaciones de resistencia se traducen en indicaciones del amshyperimetro A que puede graduarse directamehte en unidades de presion Otro sistema de manometro consta- de un anillo hueco que contiene mercurio y una espiral de una aleaci6n de platino Segun Ia posicion del eje de Ia aguja acoplado establemente con el anillo la espiral se sumerge en el mercurio transformando asi Ia rotacion del eje de 111 aguja en variacion de resisteneiaelectrica Esta variashy
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
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81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-70 shy
eion de resistencia se Inaniliesta de una manera sencilla en el am- perimetro A Indicadon a distaneia por medio de corriente conshytinua
La figura 84 muestra un flotador que se encuentra en la supershyfieie de un llquido en un tanque Como anteriormente las varia_ dones de resistenda se manifiestan por el amperimetro A que pueshyde graduarse directamente en Htros
shy
memhrana
Fig 83
En lttro sistema indicador de nivel el flotador mueve un nushycleo de hierro dentro de una bobina por la cual pasa corriente alte~na Segun que laquontre 0 salg~ el nueleo de la bobina varia la inshytensldad en el CIrCUltO de corrlente alterna debido a la variaci6n de la inductividad del sistema bobina-nucleo Indicacion a distancia por medIC de corrlente alterna ~ bull L08 aparatos re~istradCres v~ase fig 85 son una cosa sencilli shysima Enellos la agUja propla d~llnstrumento se ve muy poco veashyse en la flgura en la partesuperlOr por debajo de la graduaeion horishyzOntal y lIeva en su punta un lapiz 0 una espede de pluma que esshycrl~e sobre u papel en forma de una dnta larga y que por media de un mecamsmo se mueve de arriba hacia abajo
Fig 84
-71shy
n) GeoHsica Un ramo interesantisimo de la fi~ica mcderna es la determishy
nacion de yaeimientos de minerales petr61eo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aqui con detenimiento vale la pena mencionar sus principios cientificos
Ya vimos queen el interior de latierra siendo esta un iman eshynorme existe un sistema de Hneas magneticas ed un campo magneshytico Ahora bien este campo sufre alteraeiones segun la composicion de la materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Iineas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen I mal las Iineas magneticas Con HefJwerk un aparato especial lIamado variometro el geoftsico deshytermina y mide estas alterashyciones del campo magnetico I terrestre y estas investigacio- I nes permiten con derta exac- I
titud dedueir algo acerca de la 1
composicion de las capas en el Interior de la tierra
Cosa semejante sucede con 1los campos electricos En este I segundo metodo el investiga- I dor impone al interior de la tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshylueiones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de la corteza terrestre 8e determinan en la superfieie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenome- I nos como la induccion y la resonaneia
Ultimamente se han hecho experlmentos muy interesantes con ondas cortas eMctricas que tienen la propiedad de ser reflejadas por eiertas capas en el interior de la tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en la radioactividad y que tienen hoy dla gran importaneia para la geoErsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yadmientos radioactivos manantiales radioactivos yaeimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc
Es casi seguro que los mHodos modernos geoftsicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas i
I
0) Para medir intensidad de luz Hay algunos fenomenoseIectricos que dependen del grado de i shy
luminaci6n como pe la conductibilidad del selenio ola corriente que pasa por la I1amada fotocelula Como en estos fen6menos la inshytensidad de la corriente electrica en un circuito que contiene en seshyrio tals orranol 1 directamente proporcional a la intenaidad de ilu palnaclon la modlda bullbull roduco a una medlda con un amperimotro LOl
i
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-71
n) Geofisica
Un ramo interesantisimo de III fj~ica mcderna es III determishynacionde yacimientos de minerales petroleo etc y de su riqueza por metodos magneticos y electricos Aunque los aparatos usados 80n demasiado complicados para describirlos aquf con detenimiento vale III pena mencionar sus principios clentificos
Ya vimos que en el interior de III tierra siendo esta un iman eshynorme existe un sisterpa de lineas magneticas ed un campo magneshytieo Ahora bien este campo sufre alteraciones segun III composicion de III materia que atraviesa ya que hay varios cuerpos que son buenos conductores para Hneas magneticas como los minerales de hierro y otras sustancias que conducen mal las Hneas magneticas Con un aparato especial lIamado variometro el geofisico deshytermina y mide eatas alterashyciones del campo magnetico terrestre y estas investigacioshynes permiten con cierta exac titud deducir algo acerca de III composicion de las capas im el interior de III tierra
Cosa semejante sucede con los campos electricos En este segundo metodo el investigashydor impone 111 interior de III tierra un campo electrico esshyte campo se vuelve mas denso donde hay yacimientos bueshynos conductores como comshypuestos de metales grafito soshyluciones de sales etc Las defor maciones de este campo elecshytrico impuesto 0 forzado en el interior de III corteza terrestre se determinan en III superficie por medio de aparatos recep- Fig 85 tores valiendose de fenomeshynos como middot111 induccion y III resonancia
Ultimamente se han hecho experimentos muy interesantes con ondaa cortas electricas que tienen III propiedad de ser reflejadas par ciertas capas en el interior de III tierra
Por fin hay que mencionar tambien los metodos que se basan en III radioactividad y que tienen hoy dill gran importancia para III geoflsica Se ha observado una intensa radioactividad no solo cerca de yacimientos radioactivos manantiales radioactivos yacimienshytos de petroleo y de minerales sino tambien cerca de fallas grietas filones etc -
Es casi segura que los metodos modernos geofisicos en el futuro van a representar una ayuda importantisima para el minero y el prosshypector de minas
0) Para medir intensidad de luz
Hay algunos fenomenoselectricos que dependen del grado de i shyluminacion como pe III conductibiIidad del selenio 0 III corriente que paaa por III lIamada fotocelula Como en estos fenomenos la inshytenaidad de lil corriente electrica en un circuito que contiene en seshyric talbullbull orlanoa ea directamente proporcional a III intenaidad de iIushyrnlnampci6n 1amp medtda ae reduce ampuna medtdamp con un ampedmetro Loa
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
11
rig 86
EI prime~o mide la intensidad de luz en una superficie dada y el segundo slrve para comparar la coloracion de dos liquidos Fig86
3) Organos de cierre de apertura y de regulashycion en Ilneas electricas
a) Interruptores
-72 shy
d~talles de fumiCnamiento y construccion de estos organos fotofilecshytrlcos los descrlblremos mas tarde con todo detenimiento por ahora nos conten~amos con citardosinstrumentos de medida qe se basan en este fenomeno EI electro-fotometro y el eleCtro-colorimetro
Llamans interruptres los dispositivos abrlr una corrlente electrlca bien sea periodicamente 0 bien con intervalos bull arbitrarios Al primer ramo perteneshycen los interruptores automaticos cuyo funciona~iento produce un~ serie de aperturas y de cierres geneshyralmente de duracion igual y co- munmente de una frecuencia muy grande al segundo ramo pertenecen instalaciones destinadas a establecer o a hacer desaparecer una corriente durante largo rato y entre nosotros se conocen bajo el nombre de switchesbull Estos ultimos consisten verdaderashy
destinados a cerrar Y
Fig 87
73
i mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89
El boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrup-i tores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrienshytes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
I Para corrientes mas fuertes se ushysan los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashy
dalupe pe) no ~ pueden moverse
a mano por la fuerza necesaria y por el peligro
Fig 88 i de tocarlos En tal caso se usan
dispositivos mecanicos fig 93 y el6ctricos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes d6biles La figura 95 muestra tal instalacj)n y las fotografias 90 y 91 iepresentan tal aparato
Estos interruptor~s pueden tenel uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altas intensidades la ruptura debe hacerse instantaneashymente y a veces en ausenda del aire para evitar los danos proshyducidos por el arco Por esto se les sumerge con frecuencia en aceite fig 92 Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyriascombinaciones de circuishytos el6ctricos se denominan conshymutadores En las figuras 97 98 y 99 mostramos tres ejemshypios de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de lamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interruptor I 0 II En la tercera figura vemos un dibpositivo que permite apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos dis~intos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neceilario a veces deminulr el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga Eneste caso se usan comutadores especiales que se Haman intercaladores 0 red uctores fig 100 que permiten la maniobra descrita
Mas tarde veremosel comutadorestrella triangulo paracordenshytes iiifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este Irupo I
I
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-73
mente en una discontinuidad del cable cuyas puntas hay que unir y que separar sucesivamente Entre las condiciones de esta maniobra esta el evitar un chisporroteo demasiado fuerte que tendria como resultado oxidar demasiado las puntas del alambre y danarlo La forma mas comun de este interruptor se ve en las figuras 87 88 y 89 bull
EI boton de la figura 87 se usa generalmente para instalaciones de timbres y similares decorriente debil mientras que los interrupshytores de la figura 88 y 89 los vemos en todas las instalaciones corrien- tes de alumbrado Son capaces de resistir de 5 a 40 amperios
Para corrientes mas fuertes se ushy
y por el peligro Fig 88 de tocarlos En
bullbull bullbullbull tal caso se usan dlsposltlvos mecamcos fig 93 y electrlcos fig 95 que necesitan para su funcionamiento corrientes debiles La figura 95 muestra tal instalacion )lIas fotog~aflas 90 y 91 representan tal aparato
Estos Interr1ptores pueden tener uno dos 0 tres polos Cuando se trata de altaslntensldadesla ruptura debe hacerse instanlaneashymente y a veces en auseneia del aire para evitar los danos proshydueidos por ltill arco Por esto se les sumerge con frecueneia en aceite fig 92 bull Interruptores especiales que se destinan a hacer una 0 vashyrias combinaeiones de eircushytos eleclricos se denominan conshy
mutlidores En las figural 97 98 y 99 mostramostres ejemshyplos de instalaciones de alumshybrado con conmutadores e inshyterruptores
En la primera el conmutador permite encender el grupo de Iamparas I unicamente el grushypo II unicamente 0 los dos grushypos a la vez Por supuesto hay tambien una posicion en que ambos grupos estan sin co- Fig 89 rriente En la segunda se ve que es posible apagar 0 encender una lampara desde el interrupt~r I 0 II En la tercera figura vemos un diamppositivo que permte apagar y enshycender las lamparas pe de una escalera desde 4 puntos distintos
En las estaciones de acumuladores durante la carga es neeesario a veces deminuir el numero de celulas en serie 0 aumentarlo durante la descarga En este caso se usan comutadores eapeciales que se Uaman intercaladores 0 reductores fig 100 que permiten la maniobra descri tao
_Mas tarde veremos el comutador estrella triangulo paracorrienshytes trifasicas y el control de los tranvias que pertenecen ambos a este rrupo
san los interrupshytores de cuchishylIa fig 94 Estos cuando se trata de grandes insshytalaciones (Guashydalupe pe) no pueden moverse a mano por la fuerza necesaria
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-74 shy
Fig 90
Fig 91
I
i 75
Mientras que los aparatosdescritos sirven para hacerconexiones voluntarias y de cualquier duracion a gusto del operario hay otros interruptores que establecen la conexion y la interrumpen periodishyca y automaticamente
Fig 92
estas chispas no acaben de masiadopronshyto con la pieza de contacto se suele hacer la punta de platino u otro material bien re si s ten t e bull Muchas veshyces con el fin de apagar d shypidamente la chispa suele colocarse un conden sa d or
apropiado en paralelo con la pieza u
La Figura 103 mubullbulltra 1 bullbullshy
ILas figuras101 a 103represenshytan losesquemas de los tres jnte~ rruptores mas usados en timbres laboratorios de fisica laboratorios de medicos etc
El tipo mas conocido es el re~ presentadoen elesquema 101 visshyto con frecuencia en lospequenos timbres en lascasas Constade un electroiman 0 si se trata de una instalacion con dos bobinas de tina bobina primaria 5e ve que
en el momento que representa la figura In palanca de hierro es atraipa por el iman Pero cuando
se acerca a eStela corriente se interrumpe Ahora debido a la accion de un resorte sobre el cual va montado el hierro A este misshyrno vuelve a su posicion inicial puesto que ya no obra el electroshymagnetismo Otra vez se repite 10 que acabamos de describir etc etc Esta instalacion se llama martillo de Wagner 0 martillo de Neef y con el pueden conseguirse Hasta 100 interrupciones por seshygundo 5i la palanca de hierro A da contra una campanilla tenshydremos el timbre comun La pieshyza mas sensible de toda la instashylacin es el plInto deinterrupcion En ella se forman 3iemprechispas ~as 0 menoll fuertes y para que
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
+ Fig 94
Fig 97
I I
-77-
-76 -
middot1TS= F 9JIg 0i
I -____-----1 t
Fig 96 I
+
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
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Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-77shy
Fig 95
Fig 96
I + _-l- _--l--l
Fig 97
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
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quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-78shy - 79 shy
quema de un aparato que verdaderamente tieshyne un aspecto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y quecontiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piezas metashyHcas ig alternadas con piezas aisladoras cada vez que el chorro da contra un dientemetalishy+ co (este momento esta dibujado en la figura 103)
Fig 98 se hace conexion y cada vez que el chorro da conshytra una plaquita de mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen bajo el nombre de interruptores de motor
Fig 100 o inte1ruptores de mershycurio y se consigue con ellos Ulla frecuencia hasshy
1----1 II------J Fig 101 Fig 10
ta de 1000 hertz por seurogunco I Fig 99 NOTA Algunas veces los carrct~s de ind~ccion van provistoll de
un interruptor tal como 10 muestra In fi~ura 102 Esta inatalacion I
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
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es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-79
quema de un aparato
Fig 100
que verdaderamente tieshyne un aspcto mucho mas complicado y que se ve todavia mucho en los laboratorios de rayos X Su parte principal es el eje hueco d que se mueve debido a la acshycion de un pequeno moshytor Del deposito b que se ve en el fondo del apashyrato y que contiene mershycurio sube este metal por el eje y sale por una boquilla laterale Elchoshyrro del mercuriodadushyrante la rotacion contra una circunferencia que contiene piazas metashylicas ig alternadas con
piezas aisladoras cada vez que el chono da contra un dientemelali shyco este momenta esta dibujado en Is figura 103) se hace conexion y cada vez que elchorroda conshytra una plaquitade mishyca habra interrupcion Estos aparatos se conoshycen btiio el nombre de interruptores de motor o interruptores de mershycurio y se consigue con ellos una frecuencia has-
Fig 101
ta de 1000 hertz por segundo
----------mercvrio
~--~
I Ir--------~
Fig 102
NOTA Algunas veces los carretes de induccion van provistos de un interruptor tal como 10 muestra In fisurll 102 Esta instalacion
bull
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 80
es por supuesto el mismo martillo de Wagner con la sola diferencia de que el contacto u de la figura 101 ha sido reemplazado por una barra conductora que ordinariamente esta sumergida en un bano de mershycurio (haciendo contacto) y algunas veces sale de el abriendo el circuishyto Asi no hay tanto peligro de que se dane la instalaci6n de interrupshycion En la superficie del bano de mercurio se echa por 10 general un poco de petr61eo para evitar que el mercurio se oxide Este interrupshytor se llama algunas veces err6neamente interruptor de mercurio
Fig 103
La figurn 105 muestra el esquema de un int~rruptor Ilamado electrolltico ci de Wehnelt Constn de un recipiente que contiene
acido sulfurico diluicio y dos electrodos EI polo negativo es una Himishyna de gran superficie de plomo y el polo positivo es un pedacito de alambre de platino de un centlmetro de longitud y un milimetro de grueso que sale de un tuba de porcelana Si la corriente esta cerrada
~ (electr6lisis) se calienta muy pronto la punta positiva tantoqueal shyrededor de eHa se forma una capa de vapor de agua que es aisladora e interrumpe instantaneamentll lacorriente Habiendose interrumpido la corriente el vapor de agua se condensn y otrn vez hay conduccion -etc- Con este interruptor pueden lograrse con facilidad unas300 hasshyta 500 interrupciones por segund~
- 81middotmiddot shy
b) Disyun~ores Reciben el nombre de disy~ntores unos dispositivos de proteccion
que se intercalan en Ioscircuitos electricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en Ia linea 0
bien para permitir a la corriente solo el paso en una direcdon En el primer caso Henen anaJogla con los fusibles en el segundo tienen derta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los automoviles modernos Bien coshynoddo es el hecho de que el automovil tiene adoplado al motor de iasolina un - pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor dJ gasolina no trabnja y el acushymuladori esta cargado habriapeligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funcio- i
nar tambien como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a travel del genera~or q~e tiene lenos d~_l ohmio de resistencia Para eVltar esto se Interc~la en la Instalaclon cl aparato representado en la figura 1~5 _
La figura 105 no neceslta exphcaclOn e ve m~y bien q~e en el momento en que el generador G no esta trabaJando se mteshyrrumpe automaticamente la conexio~ entre iH y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshy_vitar que pase una fntensidad alta y peligrosa por una li shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta clase de disyunshytores conata de imamiddot nes qu~ con cilr~o I Fig 105 magnetlsmo mlnl- d d) I mo (correspondiente a cierta int~nsl a ataen una p anca que interrumpe el drcuito As vemos en la flgura 92 un dlsyunshytor triple en una linea trifasica ICuando la ntensldad en los tres alambres y por esto tambien en las tres bblnas es demaslado alta los tres nucleos de hierro entran en la~ bo~mascon tahta fuer~a que suben el trinquete que normalmente Implde ai resorte R abrlr el interruptor tripolar Este ultimo en n~estro dibuJ se encuentra sumergido en aceite por las razones e~phcadas anterlormente bull
Mas adelante en el capItulo sobre motores veremos otros tlpos ~-bull bull I L f 106 t un dis- 70-- 0 - de disyudntore~ ~ SU funclonamlento j n Ig represen n - bull ~ C
yuntor e mInIma I bull d t Estos disyuntores los encontramos hoy en caSI to ~ Ins lJ1 0 cion moderna Son mas comodos en el usa 9ue ~os fuslbles ltqUi veremos en el proximo c~pltulo y que talblen suven para po- LII NICI~ teger lallnea contra una mtenludad demaslado alta aSCU -
6 ~ )e tVS
gt It ~ -tefin c
shy
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
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donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
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I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
81 -shy
b) Disyuntores Reciben el nombre de disyuntores unos dispositivos de protecci6n
que se intercalan en loscircuitoselectricos bien sea para evitar una intensidad demasiado alta en la linea 0 bien para permitir a la corriente s610 el paso en una direccion En el primer caao tienen analog-ia con los fusibles
en el segundo tienen cierta semejanza con los rectificadores y detectores
Tal disyuntor 10 tenemos pe en toshydos los autom6viles modernos Bien coshynocido es el hecho de que el automovil tiene acoplado al motor de gasolina un pequeno generador de corriente continua destinado a cargar el acumushylador del carro Ahora bien cuando el motor de gasolina no trabaja y e1acushymulador esta cargado habrla peligro de que se descargase el acumulador si estuviere unido con el generador sencishyllamente por dos conductores porque
Fig 104 en tal caso el acumulador trataria de mover el generador que puede funciashy
nar tambUm como motor En caso de no ser capaz de moverlo se descargaria a traves del generador que tiene menos de 1 ohmio de resistencia Para evitar esto se intercala en la instalaci6n el aparato representado en III figura 105
La figura 105 no necesita explicaci6n Se ve muy bien que en el momenta en que el generador G no esta trabajando se inteshyrrumpe automaticamente la conexion entre eI y el acumulador
Otro tipo de disshyyuntor sirve para eshyvitar que pase una iiltensidad alta y peligrosa por una 11shynea destinada a meshynores intensidades EI furicionamiento es semejante al desshycrito anteriormenshyteo Casi siempre esshyta cIase de disyunshytores consta de ima nes que con cierto Fig 105 magnetismo mInishymo (correspondiente a cierta intensidad) atraen una palanca que interrumpe el circuito ASI vemoS en la figura 92 un disyunshytor triple en una linea trifasica Cuando la intensidad en 105
tres alambres y por esto tarnbien en las tres bobinas es demasiado alta los tres nuc1eos de hierro entran en las bobinas con tahta fuerza que suben el trinquete que normalmente impide al resorte R abrir el interruptor tripolar Este ultimo en nuestro dibujo se encuentra sumergido en aceite por las razones explicadas anteriormente
Mas adelante en el capitulo sobre motores veremos otros tipos dedisyuntores y su funcionamiento La fig 106 representa un di yuntor de minima bull
Estos disyuntores los encontramos hoy en cast toda cion moderna Son mas comodos en el uso que los fusi
veremos en el prodmo capitulo y que tambien sirven Dnururushy
teler lalineacontra una hitensidad demasiadoalta
6
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
83
d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
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Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
-82shy
Entre los muchlsimos tipos distintos de disyuntores vamos a mencionar tambien aquellos que no interrumpen la corriente instan~ taneamente si el amperaje es clemasiado alto sino que de jan el cir~ cuito cerrado durante cierto tiempo pe 5 segundos para no inteshyrrumpir de una vez toda la instalacion en el casu de un dana pasa~ jero y de corta duracion
Fig 106
c) Fusibles
Llamansefusibles alambres especialmente calibrado~tales que al pasar por ellos una intensidad limite se funden interr mpiendose as la corriente y evitando los danos posibles que resulta ian de una intensidad demasiado grande pe si se unieran los dos bornes de una linea (corto circuito)
Para intensidades pequenas es muy usado el alambre de plomo en forma de aleaciones de punto de fusion bajo Estos alambres
se eneuentran en el comercio con la especificacion de la intensidad que permi ten pasar
Fusibles eomunes de plomo Diametro en mm Intensidad maxi~a
06 S amp 07 10 08 16 12 20 23 30 30 60
Para intensidades mayores se usa plata 0 cobre los que a veces se coloshycan entre capsulas especiales que imshypiden que el metal fundido se pro-
Tlt yectelo que puede ser peligroso Veshymos una capsula de ests clase en la figura 107 los alambres S yK estan quemados La figura 108 muestra otr08
Fig 107 tip08 de fusibles de capsula
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d) Termostato electrico automatico I
I En muchisimos casos la electricidad se utiliza para alcanzar un
efecto determinado Por motivos de economia despues de alcanzado este efetto debe qui tarse la Fuente de energia hasta que el estado ltJel sistema se aleje tanto del efecto primeramente alshycanzado que hashyya necesidad de hacer ohrar de nuevo la corrienshyte Un ejemplo sencillo de este caso 10 tenemos en el termoamptato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del cual yo hemos estushydiado una forma de construccion en la pag 38 Otra forma de termos-
Fig 103 tatos automatishy cos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetalica ed unalamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo comun la lamina esta ligeramente ahierta y forshyma el contacto en la linea alimentadora de la comprcsora (Figt09) Supongamos aho- r
raque hace mushycho frio en la neshyvera entonces Ia lamina se cierra y abre el circuito como se ve en la figura 109 lacomshypresora no sigue trahajando Pero
si el interior de la nevera se caHenta demasiado la lashymina bimetalica
se vuelve a endeshyrezar porque los coeficientes de dishylatacion termica
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el circuitoUmentador se vuelve a cerrar etc etc I
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con hombas automaticas 0 en relojcs eshyIectricos que se dan cuerda automatieamente con un motor electri shyco solo cuando hace falta 0 en instalaciones de aire comprimido
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
83
d) Termostato electrico automatico
En muehlsimos easos la eleetricidad se utiliza para aleanzar un efeeto determinado Por motivos de economia despues de aleanzado
este efedo debe quitarse la fuente de energla hasta que el estado del sistema se aleje tanto del efeeto primeramente al~ canzado que hll~ ya neeesidad de haeer ohrar de nuevo la eorrienshyteo Un ejemplo sencillo de este easo 10 tenemos en el termotato que se emplea pashyra regular la temshyperatura de una nevera y del eual ya hemos estushydiado una forma de construecion en la pag 38 Otra forma de term6s-shy
Fig 103 tatos automatishycos se ve mucho
en instalaciones modernas consta de una cinta bimetaliea ed una lamina formada de dos metales distintos soldados entre SI Durante el trabajo eomun la lamina esta ligeramente abierta y forshyma el eontaeto en la Ilnea alimentadora de la eompresora (Fig109) Supongamos ahoshyra que haee mushyeho frio enmiddot la neshyvera entoneesmiddot la lamina se cierra y abre el cireuito como se ve en la figura 109 laeomshypresora no sigue trabajando Pero
si el interior de la nevera se ealienta demasiado la lashymina bimetaliea se vuelve a endeshyrezar porque los eoeficientes de dishylatacion termiea
de los dos metales Fig 109 son distintos Esto tiene por resultado que el cireuito alimentador se vuelve a cerrar etc etc _
Otras instalaciones de esta indole las tenemos pe en tanques que hay que llenar con agua con bombas automatieas 0 en relojes eshyleetrieos que se dan cuerda automaticamente con un motor electri shyco solo euando haee falta 0 en instalaciones de aire eomprhnido
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
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Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
4 I R= 100 X 7( d2
4 P baje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 84
donde cuandalcanza determinada presion se para elmotor de la comprensora etc etc
e) Reostatos
Estos aparatos los hemos mencionado ya muchas veces ratos ~escritos en el capituloB 5 no son otra Ademas en la pnmera parte pag 44 describimos
EI esquema de un reostato de manivela
es m o m como 10 indica la fig 100 La fig 110 represenshyta uno especialde Iishyquido
Comoya dijimos estos reostatos sirven para bajar la tension en determinadas parshytes de un circuito por 10 general de coshyrriente con tin u a bull Claro que esto 10 ha- cen a costa de cierta Fig parte de energia que se pierde por esto la regulacion de la corriente continua en esta forshyma resulta siempre costosa Ademas generalmente su construccion es tal que no permite un funcionamiento continuo porque es menor el calor perdido por irradiacion que el calor absorbido
los apashycosaque eostatos
algunos
11 0
EI mayor uso de los reostatos fuera del laboratorio 10 teneshymos en los motores dondc se absorbe por elIos cuando se quiere regular la marcha parte de la corriente Los tenemos pe en los tranvias donde los reostatos estan colocados con mucha frecuenshycia en el techo para mejor ventilaci6n
PROBLEMA Calculesc un reostato de lJaillechort para una tension de 220 voltios y 50 amperios de intensidad capaz de reducir la corriente a 10 amperios sin Gubir Ja temperatura mas de 1000
d diametro en milimetros 1 Jongitud middoten metros r coeficiente de resistividad en microohmios por cm R resistencia del reostato T elevaci6n de temperatura del ambiente k Calor disipado por el conductor por cm2 bull y por grado 1 Jn~ensidad en el reostato
Tenemos que el calor producido es Q =024 X R X 12 calorias
Lasuperficie de irrradiaci6n est X d X I X 10Vcm2 y la canpshydad disipada de calor es luego
Q=10 X 7( X d X I XT X k caloriaso sea
024 X R X J2 =10 X 7( X d X I X T X k (1)
EI valor de la resistencia R 10 podemos calcular facilmente coshynociendo la dimensiones y rsistividad del alambre
r 100 R 7( d2 (2)
- 85
I que combinada con la anterior(l) ria
100 XR Xt Xd2 k T024 X R X 12 = X 10 7( X d X
4 P De esta obtenemos
d =_1_ 4 X 024 X r X mm (3) 10 ~ - 7(2 X K X T
La longitud se obtiene de la fOrmtila (2) en que I esta en metros EI valor de k tepende del metal empleado ast
cobre middot100007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = I 0~003 y l La formula (3) da d =21 mm Para saber la resistencia tenemos 220 R X 50 R=44 El reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+ r)XIO De donde r 176 ohmios
I =203 metros Para calcuJar un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y III intensidad I estan relacionadas as
k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula
despues de todas las operaciones I I para elcobre 70
para el hierro 130 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomoI
I 000021 X 986 X 330 _ ~k= _j 960 X 207 X 10-6 - 1 34
I f) Bobinas y Condensadores
I EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con
los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos enla primera parte presentan a la corriente alterna una resistenciai especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aquila circunstancia especial de que cuanshydo una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la ins~alacion (tang rp = reactancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno
bull I esta representada por el producto ei cos rp La bobina modificael cos rp coma vi~os anteriormente y pOl cohsiguiente la energia consushy
mida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobina con gran autoinductividad a~menta el valor ei sen rp que
equi~ale a la disminuci6n del valor Ie i cos q) Ahora es claro que las centralek que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashy
= 30
(3) y sale
= 6
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 85shy
que combinada con la anterior(l) da I 100 X R X 7[ X d2 k
024 X R X I2 = X 10 7t X d X T 4 P
De esta obtenemos
d =~ I 4 X 024 X P X J2 mm (3) 10 j - 7[2 X K X T shy
La longitud se obtiene de la formula (2) en que I esta en metros EI valor de k Cepende del metal empleado asi
cobre 00007 hierro 00006 plomo 00002 niquelina 000015 Maillechort 00003
Para los datos propuestos k = 00003 y P = 30 La formula (3) da d =21 mrn Para saber la resistencia tenemos 220 = R X 50 R =44 EI reostato debe tener una resistencia r tal que
220=(R+r)XI0 De donde r = 176 ohmios
I =203 metros Para calcular un fusible podemos partir de la misma formula
(3) en ella vemos que d y 18 intensidad I estan relacionadas asi
I =k I~ EI valor de la constante k se calcula de la formula (3) y sale
despues de todas las operaciones lt bull para el-cobre 70
para el hierro 30 para el plomo 6
Ejemplo del calculo de la constante para el plomo
I 000021 X 986 X 330 = 134 = 6k= _j 960 X 207 X 10-6
f) Bnbinas y Co~densadores
EI mismo resultado que obtenemos en la corriente continua con los reostatob 10 conseguimosen la corriente alterna con las bobinas y los condensadores que como vimos en la primera parte presentan a la corriente alterna una resistencia especial que hemos llamado reactancia Pero tenemos aqui la circunstancia especial de que cuan- do una bobina de autoinduccion (carrete de reacci6n) se encuentra en un circuito alterno disminuye laintensidad sin consumir enershygia ed modifica el coseno de la instalacion (tang ip = r~actancia resistencia) Vimos que la energia consumida en un circuito alterno esta rep~esentada por el producto ei cos ip La bobina modificael cosltp shycomo vimos anteriormente y por consiguiente la energia consushymida Como hemos visto en la figura 99 de la primera parte una bobi~a con gran autoindudividad aumenta el valor ei sen ip que
equivale a la disminuci6n del valor e i cos ip Ahora es claro que las centrales que suministran a los talleres
etc la energia electrica estan interesadas en que el consumidor trashybaje con un desfasamiento 10 menor posible porque unicamente
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
- 87
Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
87
Fig 111
- 86shy
en este caso puede aprovecharse enteramente el 100 de la insta- lacion (generadores) en la central Supongamos que la central a peshyticion del consumidor fue construida para 6600 voltios y 100 ampeshyrips 0 sea 660 kilovatios y tambien que el consumidor recibe esta potencia pero que tiene en su planta un desfasamiento tal que cos q) 05 entonces el no gasta en efecto sino 300 kilovatios (tamshypoco el generador tiene mayor potencia) un generador mucho mas barato para la mitad de la potencia hubiera hecho el trabajo que el consumidor necesitaba Es por esto por 10 que muchas veces las plantas centrales prescriben al consumidor que eldesfasamiento en su taller no exceda de cierto valor limite exigen por ejemplo que el cos qgt sel- por 10 menos08 Si baja de este valor el consumidor tiene que pagaT cierto impuesto adicional
En vista de esto se usan con mucha frecuencia los llamados reshyguladores de fase que tienen por objeto anular eJ desfasamiento que puede existir entre tension entregada e intensidad medida Los regushyladores de fase tienen por objeto hacer la diferencia entre reactancia inductiva y reactancia capacitiva igual acero y seran bobinas 0 conshydensadres segun que haya desfasamiento capacitivo 0 inductivo rcspectivamente Tambien los motores sincronicos que estudiareshymas mls tarde son reguladores de fase muy empleados
Sobre la construccion de las bobinas de autoinduccion no neceshysitarnos deeir nada son sencillamente n6cleos de hierro puro lamishynado rodeados de alambres conductores Se construyen en distinshytos tmanos EI n6cleo es con mucha frecuenciaun anillo con una
grieta de aire de espesor variable para poder aumentar y disminulr la autoinducividad de la bobina
Tambien los condensadores son aparatos sencillisimos Por 10 geperal constan de dos placas 0 fajas de metal por ejemplo ostano empacadas en cera 0 parafina 0 sustancias semejantes
Ultimamente se yen en el comercio los llamados condensadoshyres electrollticos Constan de una solucion acuosa en la cual se sumergen dos polos de aluminio cuidadosamente cubiertos en su superficiemiddotde oxido de aluminio que es un conductor sumamente malo para la electricidad
Notese que en este condensador electroUtico eldielectrico es la capa delgada de oxido de aluminio que se forma en la superficie de los electrodos Este oxido de aluminio tiene una constante dielectrica muy grande
g) Proteccion de Ian llm~as electricascontra relampagos
Se ha ideado un gran numero de instalaciones protectoras contra los danos que los rayos durante las tempestades pueden ocasionar Un metodo muy usadolo vemos en Ia figura 111 La linea eIectrica contiene dos pequenas bobinas de poeas vueltas Cuando el rayo cae en cl conductor prefiere mas bien pasarpor el pequeno espacio de aire c ir a tierra que pasar por las bobinas que Ie ofrccen una reshysbtecia sumamcntc grande Otro sistema es el llamado pararrayos cormforrne de Siemens Consta de dos barras de cobre torcidas Una de elias esta conectada a la linea de alta tension la otra esta comunicada con la tierra Si debido a un relampago se ~forma una chispa en el punto mas bajo donde los cuernos estan rrtuy cercanos estamisma chispa calienta al aire y dado que el alre caliente tiende a subir arrastra consigo la chiscgta Sucede entonces que la chispa subiendo entre los cuernos se ~Iarga mas y mas hasta que se rompe y se apaga
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Fig 111 I
h) Electricidad Iy luz i
IJ-EL BOMBI110 Y SUI H[SrORIA I
Perteneee este capitulo propiament~ al tratado de las relaciones entre laelectricidad y el calor Si la transformacion de electricidad en calor puede computarse con toda exactitud matematica no es esto el caso para la transformacion de electricidad en luz Un alamshybre por el cual pasa una corriente se calienta y puede ponerse inshycandescente En tal caso una parte de la energia se manifiesta en forma de luz y es claro que en laslnstalaciones correspondientes el electricista trata de conseguir un maximo de luminosidad con un gasto de energia 10 menor posible siendo por 10 general el fin de tashyles instalaciones el de iluminar y no el de calentar
Davy en 1801 fue el primero que penso en utilizar la corriente electrica para fines de iluminaciOn Mas tarde un aleman Goebel construyo en 1855 las primeras bombillas con hilo de carbon En el ano 1860fabrico el ingles Swan his mismas bombillas pero su fabricacion no fue muy en grande I El verdadero desarrollo tecnico deiJa enorme industria de ilushyminacion electrica 10 debemos a Edison (1844-1931) quien dedico una gran parte de su vida riquisima a este problema
EI fundamento cientificode la bOlnbilla electrica es tan sencishy110 que no es preciso describirlo aqui Las primeras bombillas teshynian un hilo de carbon que se ponia incandescente debido al paso de la corriente electrica Desde luego se tuvo que colocar este hilo en un recipiente del cual se habla evacuado cuidadosamente el aire porque de 10 contrario se habria qllcmado el hilo Todavia exisshyten y hoy se ven de vez en cuando estas bombillas de hilo de carshybon pero son muy malas La temperatura de est08 hilos de carbon en una bombilla prendida sube a unos 1900 0 C A pesal de que el punto de fusion del carbon es mucho mas alto que 4000 0
estas bombillas se danan despues de un uso Ide algunas sem~mas porquemiddot el hilo desprende carbon solido y 10 proyecta contra las paredes de la bornbilla
Lasbombillas modernastienen hilos de metalcomo osmio tungsshylt i
I
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Fig 111
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Fig 111