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FACULTAD DE INGENIERA, USAC

Escuela de Ingeniera Mecnica Elctrica

Manual del Laboratorio deIngeniera Elctrica 2

Ricardo del Cid

Volumen

1

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R I C A R D O D E L C I D

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Aislantes y ConductoresComo sabemos existen materiales capaces de conducir la corrienteelctrica mejor que otros. Generalizando, se dice que los materiales quepresentan poca resistencia al paso de la corriente elctrica sonconductores. Analgicamente, los que ofrecen mucha resistencia al pasode esta, son llamados aislantes. No existe el aislante perfecto yprcticamente tampoco el conductor perfecto. Existe un tercer grupo demateriales denominados semiconductores que, como su nombre lo

indica, conducen la corriente bajo ciertas condiciones. Para que laconduccin de la electricidad sea posible es necesario que hayaelectrones en la capa de conduccin.

Aislantes Elctricos

Se denomina aislantes elctricos a los materiales con escasaconductividad elctrica. Aunque no existen cuerpos absolutamenteaisladores o conductores, sino mejores o peores conductores, son

materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos, forrando con elloslos conductores elctricos, para mantener alejadas del usuariodeterminadas partes de los sistemas elctricos que, de tocarseaccidentalmente cuando se encuentran en tensin, pueden producir unadescarga, y para confeccionar aisladores, elementos utilizados en lasredes de distribucin elctrica para fijar los conductores a sus soportessin que haya contacto elctrico. Los ms frecuentemente utilizados sonlos materiales plsticos y las cermicas.

Prctica

1C O N T E N I D O

Aislantes

Conductores

Semiconductores

Semiconductores

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El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que

se establece entre las bandas de valencia y conduccin que dificulta laexistencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad atravs del material.

Un material aislante de la electricidad tiene una resistencia tericamenteinfinita. Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajociertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, aislante atemperatura ambiente y bajo condiciones de frecuencia de la seal ypotencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor. Elaislante perfecto para las aplicaciones elctricas sera un material

absolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materialesempleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, peropresentan una resistencia al paso de corriente elctrica hasta 2,5 1024veces mayor que la de los buenos conductores elctricos como la plata oel cobre. Estos materiales conductores tienen un gran nmero deelectrones libres (electrones no estrechamente ligados a los ncleos) quepueden transportar la corriente; los buenos aislantes apenas poseenestos electrones.

En los circuitos elctricos normales suelen usarse plsticos comorevestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como losempleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), puedenaislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de losequipos elctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras devidrio con un aglutinador plstico. En los equipos electrnicos ytransformadores se emplea en ocasiones un papel especial paraaplicaciones elctricas. Las lneas de alta tensin se aslan con vidrio,porcelana u otro material cermico.

La eleccin del material aislante suele venir determinada por laaplicacin. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de

alta frecuencia, y el mylar se emplea en condensadores elctricos.Tambin hay que seleccionar los aislantes segn la temperatura mximaque deban resistir. El tefln se emplea para temperaturas altas, entre 175y 230 C. Las condiciones mecnicas o qumicas adversas pueden exigirotros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la abrasin, yel neopreno, la goma de silicona, los polisteres de epoxy y lospoliuretanos pueden proteger contra los productos qumicos y lahumedad.

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Conductores Elctricos

Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidades un conductor. La diferencia entre un conductor y un aislante, que esun mal conductor de electricidad o de calor, es de grado ms que detipo, ya que, como se dijo anteriormente, todas las sustancias conducenelectricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor deelectricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividadmil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio ola mica. El fenmeno conocido como superconductividad se producecuando al enfriar ciertas sustancias a una temperatura cercana al ceroabsoluto su conductividad se vuelve prcticamente infinita. En losconductores slidos la corriente elctrica es transportada por elmovimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por losiones. Entre los materiales conductores tenemos los metales, el aguaionizada, el cuerpo humano, (dado que el cuerpo humano tiene un 70%de agua ionizada).

Metales

Grupo de elementos qumicos que presentan todas o gran parte de lassiguientes propiedades fsicas: estado slido a temperatura normal,excepto el mercurio que es lquido; opacidad, excepto en capas muyfinas; buenos conductores elctricos y trmicos; brillantes, una vezpulidos, y estructura cristalina en estado slido. Metales y no metales seencuentran separados en el sistema peridico por una lnea diagonal deelementos. Los elementos a la izquierda de esta diagonal son losmetales, y los elementos a la derecha son los no metales. Los elementosque integran esta diagonal boro, silicio, germanio, arsnico,antimonio, teluro, polonio y astato tienen propiedades tanto metlicas

como no metlicas. Los elementos metlicos ms comunes son lossiguientes: aluminio, bario, berilio, bismuto, cadmio, calcio, cerio,cromo, cobalto, cobre, oro, iridio, hierro, plomo, litio, magnesio,manganeso, mercurio, molibdeno, nquel, osmio, paladio, platino,potasio, radio, rodio, plata, sodio, tantalio, talio, torio, estao, titanio,volframio, uranio, vanadio y cinc. Los elementos metlicos se puedencombinar unos con otros y tambin con otros elementos formandocompuestos, disoluciones y mezclas. Una mezcla de dos o ms metaleso de un metal y ciertos no metales como el carbono se denomina

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aleacin. Las aleaciones de mercurio con otros elementos metlicos son

conocidas como amalgamas.

Los metales muestran un amplio margen en sus propiedades fsicas. Lamayora de ellos son de color grisceo, pero algunos presentan coloresdistintos; el bismuto es rosceo, el cobre rojizo y el oro amarillo. Enotros metales aparece ms de un color, y este fenmeno se denominapleocroismo. El punto de fusin de los metales vara entre los -39 C delmercurio, a los 3.410 C del tungsteno. El iridio, con una densidadrelativa de 22,4, es el ms denso de los metales. Por el contrario, el litioes el menos denso, con una densidad relativa de 0,53. La mayora de los

metales cristalizan en el sistema cbico, aunque algunos lo hacen en elhexagonal y en el tetragonal. La ms baja conductividad elctrica latiene el bismuto, y la ms alta a temperatura ordinaria la plata. Laconductividad en los metales puede reducirse mediante aleaciones.Todos los metales se expanden con el calor y se contraen al enfriarse.Ciertas aleaciones, como las de platino e iridio, tienen un coeficiente dedilatacin extremadamente bajo.

Propiedades qumicas

Es caracterstico de los metales tener valencias positivas en la mayorade sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los tomoscon los que se enlazan. Tambin tienden a formar xidos bsicos. Por elcontrario, elementos no metlicos como el nitrgeno, azufre y clorotienen valencias negativas en la mayora de sus compuestos, y tienden aadquirir electrones y a formar xidos cidos.

Los metales tienen energa de ionizacin baja: reaccionan con facilidadperdiendo electrones para formar iones positivos o cationes. De estemodo, los metales forman sales como cloruros, sulfuros y carbonatos,

actuando como agentes reductores (donantes de electrones).

Estructura electrnica

En sus primeros esfuerzos para explicar la estructura electrnica de losmetales, los cientficos esgrimieron las propiedades de su buenaconductividad trmica y elctrica para apoyar la teora de que losmetales se componen de tomos ionizados, cuyos electrones libres

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forman un 'mar' homogneo de carga negativa. La atraccin

electrosttica entre los iones positivos del metal y los electrones libres,se consider la responsable del enlace entre los tomos del metal. As, sepensaba que el libre movimiento de los electrones era la causa de su altaconductividad elctrica y trmica. La principal objecin a esta teora esque en tal caso los metales deban tener un calor especfico superior alque realmente tienen.

En 1928, el fsico alemn Arnold Sommerfeld sugiri que los electronesen los metales se encuentran en una disposicin cuntica en la que losniveles de baja energa disponibles para los electrones se hallan casi

completamente ocupados. En el mismo ao, el fsico suizoestadounidense Felix Bloch, y ms tarde el fsico francs Louis Brillouin,aplicaron esta idea en la hoy aceptada 'teora de la banda' para losenlaces en los slidos metlicos.

De acuerdo con dicha teora, todo tomo de metal tiene nicamente unnmero limitado de electrones de valencia con los que unirse a lostomos vecinos. Por ello se requiere un amplio reparto de electronesentre los tomos individuales. El reparto de electrones se consigue porla superposicin de orbitales atmicos de energa equivalente con lostomos adyacentes. Esta superposicin va recorriendo toda la muestradel metal, formando amplios orbitales que se extienden por todo elslido, en vez de pertenecer a tomos concretos. Cada uno de estosorbitales tiene un nivel de energa distinto debido a que los orbitalesatmicos de los que proceden, tenan a su vez diferentes niveles deenerga. Los orbitales, cuyo nmero es el mismo que el de los orbitalesatmicos, tienen dos electrones cada uno y se van llenando en orden demenor a mayor energa hasta agotar el nmero de electronesdisponibles. En esta teora se dice que los grupos de electrones residenen bandas, que constituyen conjuntos de orbitales. Cada banda tiene unmargen de valores de energa, valores que deberan poseer los

electrones para poder ser parte de esa banda. En algunos metales se daninterrupciones de energa entre las bandas, pues los electrones noposeen ciertas energas. La banda con mayor energa en un metal noest llena de electrones, dado que una caracterstica de los metales esque no poseen suficientes electrones para llenarla. La elevadaconductividad elctrica y trmica de los metales se explica as por elpaso de electrones a estas bandas con defecto de electrones, provocadopor la absorcin de energa trmica.

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Semiconductores

Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor ocomo aislante dependiendo del campo elctrico (o sea, voltaje) en el quese encuentre. Los elementos qumicos semiconductores de la tablaperidica se indican en la tabla siguiente.

Tabla 1.1: elementos semiconductores.

El elemento semiconductor ms usado es el silicio, aunque idnticocomportamiento presentan las combinaciones de elementos de losgrupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn,AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). De un tiempo a esta parte se hacomenzado a emplear tambin el azufre. La caracterstica comn atodos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio unaconfiguracin electrnica sp. Para modificar sus propiedadesconductoras, son sometidos a un proceso llamado dopado, durante elcual se les agregan impurezas, obtenindose as dos tipos: intrnsecos yextrnsecos:

Semiconductores intrnsecos:

Un cristal de silicio forma una estructura tetradrica similar a la delcarbono mediante enlaces covalentes entre sus tomos. Cuando el cristalse encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones pueden,absorbiendo la energa necesaria, saltar a la banda de conduccin,dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia. Las energasrequeridas, a temperatura ambiente son de 1,1 y 0,72 eV para el silicio yel germanio respectivamente.

Elemento GrupoElectrones enla ltima capa

Cd II A 2 e-

Al, Ga, B, In III A 3 e-Si, Ge IV A 4 e-

P, As, Sb V A 5 e-

Se, Te, (S) VI A 6 e-

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Obviamente el proceso inverso tambin se produce, de modo que los

electrones pueden caer desde el estado energtico correspondiente a labanda de conduccin, a un hueco en la banda de valencia liberandoenerga. A este fenmeno, se le denomina recombinacin. Sucede que, auna determinada temperatura, las velocidades de creacin de pares e-h,y de recombinacin se igualan, de modo que la concentracin global deelectrones y huecos permanece invariable. Siendo n la concentracin deelectrones (cargas negativas) y p la concentracin de huecos (cargaspositivas), se cumple que:

ni = n = p

siendo ni la concentracin intrnseca del semiconductor, funcinexclusiva de la temperatura. Si se somete el cristal a una diferencia detensin, se producen dos corrientes elctricas. Por un lado la debida almovimiento de los electrones libres de la banda de conduccin, y porotro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda devalencia, que tendern a saltar a los huecos prximos (2), originandouna corriente de huecos en la direccin contraria al campo elctricocuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda deconduccin.

Semiconductores extrnsecos:Si a un semiconductor intrnseco, como el anterior, se le aade unpequeo porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes opentavalentes, el semiconductor se denomina extrnseco, y se dice queest dopado. Evidentemente, las impurezas debern formar parte de laestructura cristalina sustituyendo al correspondiente tomo de silicio.

Semiconductor tipo N:

Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso dedopado aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor parapoder aumentar el nmero de portadores de carga libres (en este caso,negativas).

Cuando el material dopante es aadido, ste aporta sus electrones masdbilmente vinculados a los tomos del semiconductor. Este tipo deagente dopante es tambin conocido como material donante ya que daalgunos de sus electrones.

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El propsito del dopaje tipo n es el de producir abundancia deelectrones portadores en el material. Para ayudar a entender como seproduce el dopaje tipo n considrese el caso del silicio (Si). Los tomosdel silicio tienen una valencia atmica de cuatro, por lo que se forma unenlace covalente con cada uno de los tomos de silicio adyacentes. Si untomo con cinco electrones de valencia, tales como los del grupo VA dela tabla peridica (ej. fsforo (P), arsnico (As) o antimonio (Sb)), seincorpora a la red cristalina en el lugar de un tomo de silicio, entoncesese tomo tendr cuatro enlaces covalentes y un electrn no enlazado.Este electrn extra est dbilmente vinculado al tomo y puede ser

excitado fcilmente hasta la banda de conduccin. A temperaturasnormales, virtualmente todos los electrones estn en la banda deconduccin. Cuando la excitacin de estos electrones no da comoresultado la formacin de "huecos", el nmero de electrones en elmaterial supera ampliamente el nmero de huecos, en ese caso loselectrones son los portadores mayoritarios y los huecos son losportadores minoritarios. A causa de que los tomos con cinco electronesde valencia tienen un electrn extra que "dar", son llamados tomosdonadores. Ntese que cada electrn libre en el semiconductor nuncaest lejos de un ion dopante positivo inmvil, y el material dopado tipoN generalmente tiene una carga elctrica neta final de cero.

Semiconductor tipo P:

Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso dedopado, aadiendo un cierto tipo de tomos al semiconductor parapoder aumentar el nmero de portadores de carga libres (en este casopositivos).

Cuando el material dopante es aadido, ste libera los electrones masdbilmente vinculados de los tomos del semiconductor. Este agentedopante es tambin conocido como material aceptor y los tomos delsemiconductor que han perdido un electrn son conocidos comohuecos.

El propsito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En elcaso del silicio, un tomo trivalente (tpicamente del grupo IIIA de latabla peridica, tales como el boro (B), el aluminio (Al), el Galio (Ga) o

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el Indio (In)) es sustituido dentro de la red cristalina. El resultado es la

falta de uno de los cuatro electrones del enlace covalente de la redcristalina del silicio. De esta manera, el tomo dopante puede aceptarun electrn provinente de los enlaces covalentes de los tomos vecinos,completando as sus cuatro enlaces. As los dopantes crean los "huecos".Cada hueco est asociado con un ion cercano cargado negativamente,por lo que el semiconductor se mantiene elctricamente neutro engeneral. No obstante, cuando cada hueco se ha desplazado por la red,un protn del tomo situado en la posicin del hueco se ve "expuesto" yen breve se ve equilibrado por un electrn. Por esta razn un hueco secomporta como una cierta carga positiva. Cuando un nmero suficiente

de aceptores son aadidos, los huecos superan ampliamente laexcitacin trmica de los electrones. As, los huecos son los portadoresmayoritarios, mientras que los electrones son los portadoresminoritarios en los materiales tipo P. Los diamantes azules (tipo IIb),que contienen impurezas de boro (B), son un ejemplo de unsemiconductor tipo P que se produce de manera natural.

Empalmes

El empalme es la unin entre dos conductores realizada para garantizarla continuidad del fluido elctrico. Realizar un empalme segurosignifica recurrir a dispositivos capaces de evitar recalentamientos.

Principal caracterstica.- Para empalmar dos conductores es importanteutilizar los dispositivos adecuados. stos son aquellos que aprietanentre s los hilos o cables por medio de un tornillo o los que alojan en uncuerpo metlico los extremos desnudos de los conductores sujetos poratornillado o soldadura,

En primer lugar, para lograr un empalme correcto es indispensabledisponer de elementos como bornes o regletas. La regleta de conexinse utiliza a menudo. Puede ser de plstico, caucho o porcelana. Sepresenta como pequeos cubos con dos conductos de conexin,totalmente aislados, que permiten hacer los empalmes sin peligro decontacto entre s. Puede utilizar un cter para pelar el cable y dejar loshilos a la vista. Una vez introducidos los hilos, utiliza un destornillador

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para aflojar los tornillos de ambos extremos de los conductores de la

regleta, y vuelve a utilizarlo para apretarlos.

Todos los empalmes de conductores deben realizarse dentro de una cajade empalmes. Se trata de una caja de material aislante, en cuyo interior,y por medio de las reglamentarias regletas, dedales, etc., se realizan lasconexiones de los conductores del circuito principal con los que servirnpara instalar una derivacin. A la caja de empalmes llegan los tubos porcuyo interior circulan los conductores. Suelen ser redondas, cuadradas orectangulares, y llevan unos agujeros ciegos, que pueden abrirse adiferentes dimetros, en los que se insertan los tubos conductores.

El tradicional empalme que se realizaba retorciendo y entrelazandolos hilos de ambos conductores para luego recubrir la conexin concinta aislante o esparadrapo est terminantemente prohibido en elreglamento para baja tensin. nicamente puede ser un recursoprovisional para casos de emergencia. Si se viera obligado a hacer unempalme de estas caractersticas, es recomendable que no lo realice a lamisma altura en ambos conductores; desplace levemente uno respectoal otro.

Es peligroso realizar un empalme si no conocemos bien la metodologa.

As pues, vamos a resumir en unos sencillos pasos cmo desempearesta tarea con garantas y evitando accidentes.

1. El primer paso consiste en cortar los diferentes cables que van aser unidos por un empalme. Para aumentar la seguridad y losposibles cortocircuitos, realizaremos esta operacin teniendo encuenta que cada cable tiene que ser cortado a diferente altura.Con el paso del tiempo, la cinta aislante puede deteriorarse o elpegamento de la misma puede ser de baja calidad. Si cortamoslos cables con varias medidas, evitaremos que los mismos se

junten aunque la cinta que los une ceda.

2. Otro aspecto a considerar es el que alude a la altura a la que secorte cada cable. Es importante que dicha altura permita que loscables estn lo suficientemente separados para que, cuandoprocedamos a realizar el empalme, stos no entren en contacto.

3. La siguiente operacin que tenemos que realizar es la de pelar loscables. Para ello, simplemente debemos retirar el plstico aislante

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que les rodea. La herramienta que necesitamos para llevar a cabo

este fin puede ser bien una tijera de electricista, bien unpelacables.

4. Para finalizar, solamente nos resta el proceder a la unin de loshilos. Debemos cubrir cada hilo con su correspondiente trozo decinta aislante. Tambin le daremos una ltima vuelta con la cintaa la totalidad del cable con el objeto de dejarlo ms recogido yelctricamente aislado.

Siguiendo estas pautas podremos estar seguros de que hemos llevado a

cabo un empalme que resistir el paso del tiempo. De todas formas, esrecomendable que no olvidemos el verdadero carcter de estaoperacin, es decir, que es provisional y que siempre se intentarsustituir en breve con otro empalme ms profesional.

A veces, el intentar aplicar un empalme provisional falla. Esto ocurrecuando nos encontramos con cables especficos como, por ejemplo, msgruesos o de materiales muy particulares y delicados. Lo preferible esentonces que utilicemos una herramienta conocida como soldador debaja potencia o cautn.

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Practica 1

Actividad de laboratorio

Equipo y componentes:

Pinzas y alicates de electricista. 2 metros de alambre calibre 8.

Procedimiento:

1. Corte los dos metros de alambra en partes de 15 cm y realice los

empalmes de derivacin, derivacin doble, prolongacin y colade ratn.

2. La entrega es inmediata e individual, se calificara que se hayausado el calibre correcto de alambre, que esten bien hechos losempalmes y la presentacin.

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IluminacinLa iluminacin es la accin o efecto de iluminar. En la tcnica se refiereal conjunto de dispositivos que se instalan para producir ciertos efectosluminosos, tanto prcticos como decorativos. Con la iluminacin sepretende, en primer lugar conseguir un nivel de iluminacin, oiluminancia, adecuado al uso que se quiere dar al espacio iluminado,nivel que depender de la tarea que los usuarios vayan de realizar.

Clases de luz:

Luz natural: proporcionada por la misma luminosidad del da,existen diferentes tipos de iluminacin y se dividen segn latemperatura que consigan.

Luz artificial: proporcionada por la iluminacin artificial. Luz difusa: se obtiene por medio de difusores y no produce

sombras, de esta forma consigue un efecto uniforme. Imita orefuerza efectos naturales de la luz ambiente.

Luz directa: produce sombras en los objetos y las sombrasproyectadas por stos. Con esta luz se consigue el modelado delos volmenes de los objetos, el dibujo de sus contornos y elcontraluz de stos.

Prctica

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Conceptos Bsicos

Mtodos de Iluminacin

Tipos de Lmparas

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Estilos de iluminacin:

De manchas: distribuye por las superficies y perfiles deldecorado, que se encuentra escasamente iluminado por una dbilluz difusa, todo un conjunto de manchas luminosas.

De zonas: crea una serie escalonada de zonas de luz de mayor amenor luminosidad. De esta forma, se centra la atencin, seayuda a expresar la distancia y crea un ambiente.

De masas: imita el efecto natural de la luz.

La iluminacin en lo que respecta al rea industrial debe tener presenteun gran nmero de luminarias ya que deben abarcar espacios muygrandes y extensos, tambin deben poseer caractersticas distintas aluminarias convencionales o residenciales como poseer mayor potencia,brillo, incandescencia y aceptar los cambios bruscos de voltaje. Estostipos de luminarias se crearon con el fin de facilitar los procesosproducidos de distinto trabajos industriales, adems de relacionar lacantidad de luz utilizada con respecto a las labores realizadas. Para estoes necesario analizar la tarea visual a desarrollar y determinar lacantidad y tipo de iluminacin que proporcione el mximo rendimientovisual y cumpla con las exigencias de seguridad y comodidad comotambin seleccionar el equipo de alumbrado que proporcione la luzrequerida de la manera satisfactoria.

Alumbrado de industrias

A fin de prefijar la iluminacin apropiada para una zona industrial, esnecesario en primer lugar analizar la tarea visual a desarrollar ydeterminar la cantidad y tipo de iluminacin que proporcione el

mximo rendimiento visual y cumpla con las exigencias de seguridad ycomodidad. El segundo paso consiste en seleccionar el equipo dealumbrado que proporcione la luz requerida de la manera mssatisfactoria.

Distintas combinaciones de estos factores pueden dar lugar a unainfinita variedad de problemas de alumbrado industrial. La seleccindel mejor tipo de alumbrado para una situacin determinada lleva

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consigo la consideracin de la cantidad de luz, el grado de difusin, la

direccin y la calidad espectral. La cantidad adecuada de luz pararealizar cmodamente una tarea visual concreta es siempre un requisitofundamental. Algunas tipos de trabajos se llevan a cabo mejor con luzmuy difusa, al objeto de eliminar las sombras. Otras admiten una fuertecomponente direccional, lo que incluso es preferible en algunos casos enlos que deben apreciarse irregularidades de contorno y superficie. Enalgunas aplicaciones, las imgenes reflejadas de una fuente de bajobrillo en una zona extensa pueden mejorar la visibilidad, en cambio enotras reflexiones especialmente si la fuente es de alto brillo pueden seren extremo molestas. Algunos procesos de inspeccin se llevan mejor

acabo con luz transmitida que con luz reflejada. El color de la luz puedeservir a veces para aumentar el contraste y la visibilidad. Son los casosen que el trabajo se encuentre en un sitio distinto del banco de trabajonormal. El alumbrado debe proyectarse teniendo presente este punto.

Seleccin del Equipo. En la prctica, la seleccin de la fuente y delequipo depende tanto de razones econmicas como de la naturaleza dela tarea visual y del contorno. La extensin y forma de la zona ailuminar, la reflectancia de las paredes techos y suelos, las horas defuncionamientos anuales, la potencia nominal y otros factores menosimportantes deben tenerse en cuenta al seleccionar el equipo Idneo quehabr de ser econmico tanto por su funcionamiento como por suinstalacin. El grado requerido de fidelidad de color es tambinimportante en la eleccin de la fuente de la luz.

Calidad del alumbrado. La iluminacin de interiores puede involucrarlas consideraciones referentes a calidad.- Tales como las relaciones debrillo, deslumbramiento directo, reflectancias y acabos apropiados deparedes, suelos, elementos estructurales y mquinas. La importancia deestos factores de calidad vara de acuerdo con la severidad y duracinde la tarea visual, pero nunca deben olvidarse.

Ambiente agradable. La gente realiza sus trabajos mejor en unambiente en el que estn a gusto. Por ello, el proyecto de un buenalumbrado influye consideraciones que conciernen a todo el contorno.A menudo se puede hacer mucho en este sentido coordinando lascombinaciones de colores modelos de luz y el entramado de losinteriores con la seleccin de la fuente de luz y las luminarias.

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Forma del local. Al proyectar instalaciones de alumbrado general, es

preciso considerar la forma del local para seleccionar una luminaria quetenga la distribucin adecuada independientemente de la altura demontaje, las luminarias de distribucin ancha son adecuadas paralocales anchos con respecto a ella. A no ser que se trata de casos en losque el proceso visual se realiza en gran parte sobre superficiesverticales, las luminarias de iluminacin estrecha son recomendable enhabitaciones altas y estrechas para dirigir la luz hacia la zona de trabajomejor que hacia la parte superior de las paredes, donde sera menos til.La capacidad de una luminaria dada para dirigir la luz hacia el plano detrabajo en locales de diversas formas puede juzgarse comparando los

coeficientes de utilizacin para las distintas formas de local.Costos de mantenimiento. En zonas cuyo alumbrado va ser utilizadocasi continuamente, el costo inicial es de menos importancia comparadocon el de mantenimiento . As, las fuentes de alta eficacia (mercurio,fluorescentes, o fluorescentes de mercurio) con vida larga y alta emisinluminosa resulta muy interesante para reducir los consumos y laconservacin. Por otra parte, en los casos en que las lmparas se utilizandurante periodos mas cortos, el. costo inicial es ms importante ypueden ser recomendables las lmparas de filamentos a pesar de sueficacia mas baja. La potencia nominal es otra de las consideracionesfundamentales en la economa del alumbrado. Unas mayores potenciasnominales y unos costos mas elevados del equipo y de las lmparassern justificables si redundan en un sistema de mayor eficacia y en unareduccin de los costos de funcionamiento.

Fidelidad del color. En muchas zonas industriales no es esencialdistinguir los colores con gran exactitud, y el aspecto de las personas esmenos importante que las zonas comerciales. En tales instalaciones, laslmparas de mercurio proporcionan un alumbrado muy barato ypueden emplearse frecuentemente.

Cuando se requiere un buen rendimiento de color se recomiendanlmparas de filamento: fluorescentes o fluorescentes de mercurio.

Cuando es requisito especial un excelente rendimiento de color y no sevan a realizar inspecciones crticas de color, se recomiendan comomejores fuentes individuales las lmparas fluorescentes tipo blanca frade lujo. Las lmparas fluorescentes blancas clidas de lujo resultan

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satisfactorias para aplicaciones en que se desea obtener una atmsfera

clida.

Alumbrado General

Las luminarias (generalmente colocadas simtricamente) queproporcionan un nivel de iluminacin razonablemente uniforme a todauna zona constituyen un sistema de alumbrado general. Un buen

sistema de alumbrado general hace posible el cambio dedesplazamiento de la maquinaria sin necesidad de alterar el alumbrado,y as mismo permiten la utilizacin total de la superficie de suelo.Algunos procesos de fabricacin pueden iluminarse suficientementesolo mediante un buen sistema de alumbrado general, mientras otrosrequieren un alumbrado suplementario en maquinas determinadas o enlugares de trabajo, incluso cuando se suministra luz localizada para unatarea determinada, se requiere por razones de seguridad un sistema dealumbrado especial, como tambin para mantener relaciones razonablesde brillo en toda el rea. Cuando las zonas tales como bancos de trabajo

estn pegadas a la pared, se proveern de unas lneas de luminarias.

Zonas de gran altura de techo

En las zonas de gran altura de techo los trabajos se realizangeneralmente con objetos tridimensionales ms bien grandes, decaractersticas de reflexin difusa. En estas circunstancias la tarea visualno es difcil ni se presenta ningn problema de deslumbramientoreflejado.

Para estas aplicaciones conviene una fuente de luz que tenga una altaemisin luminosa, tal como una lmpara fluorescente de mercurio, demercurio o de incandescencia de alta potencia. Restas fuentes enreflectores directos producen luz con un componente direccional quecausa ligeras sombras, y zonas luminosas que ayudan a la visin. Laslmparas de mercurio o fluorescentes de mercurio suelen ser las mseconmicas para alumbrado de zonas de gran altura. Con frecuenciaalgunas lmparas de filamento se agregan a las instalaciones de

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mercurio para proporcionar algo de luz disponible inmediatamente

despus de una interrupcin del servicio elctrico. La naturaleza deltrabajo a realizar y la seguridad del servicio elctrico exigen lainstalacin de lmparas de filamento con este fin.En zonas de gran altura en que se fabriquen materiales especulares serecomiendan fuentes de relativamente gran superficie y gran brillo. Eluso de lmparas fluorescentes proporciona un medio prctico paraobtener las iluminaciones adecuadas.

Diseo de Luminarias: Las luminarias para lmparas de filamento, demercurio o fluorescentes de mercurio destinadas al alumbrado de zonasde gran altura pueden ser cerradas, abiertas o ventiladas o abiertas sinventilar. Las cerradas son generalmente del tipo "Servicio Duro" contapa de vidrio para proteger el reflector y la fuente de luz de losdepsitos de suciedad.

Este equipo mantiene iluminacin durante largos periodos de tiemposin necesidad de limpiezas frecuentes del reflector, y por ello se usa enlugares donde la atmsfera est sucia o llena de humo. Sin embargo, laeficacia inicial de la luminaria es ms baja debido a la tapa de vidrio, yla instalacin es ms cara que la de tipo abierto.

Las luminarias abiertas y ventiladas han reemplazado ampliamente altipo no ventilado. En las ventiladas, la suciedad se va acumulando sobrela lmpara y el reflector, mucho ms despacio, debido a las corrientes deaire creadas por el calor de la lmpara. Este tipo se recomienda paratoda clase de aplicaciones en lugares de gran altura, excepto paraaquellos en que el aire este fuertemente cargado de polvo o los humospuedan atacar al reflector de aluminio. En estas zonas se debern usarsiempre luminarias de "servicio duro" cerradas o lmparas reflectoras.

Como las zonas del techo pueden ser anchas o estrechas y la tarea visual

puede variar de horizontal a vertical, las luminarias directas o semi-directas que se usan generalmente se clasifican por la distribucin de sucomponente directa segn la relacin permisible entre la separacin yaltura de montaje Son preferiblemente las luminarias con componenteshacia arriba. La luz que va hacia arriba reduce el "efecto mazmorra",producido cuando la luz no alcanza el techo o la estructura por encimade la luminaria y el fondo, con lo que crea un ambiente ms cmodo yanimado.

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Zonas altas y estrechas

En locales altos y estrechos, las luminarias que tengan una distribucinconcentrada o media son las mas econmicas a efectos de produciriluminacin en el plano horizontal. En los casos en que la tarea visualeste inclinada un ngulo que exceda de los 45, se deben usarluminarias con una distribucin media o ancha, aunque llegue algomenos de luz al plano horizontal.

Las lmparas incandescentes, de mercurio o fluorescentes de mercuriose adapten bien a luminarias de distribucin estrecha. Para mayor parte

de las aplicaciones, las lmparas H-12 y H-15 son las fuentes mseconmicas, las del tipo H-15 pueden funcionar con una reactancia dechoque barata y de bajo consumo, lo que reduce el gasto inicial y el defuncionamiento.

Zonas altas y anchas

En locales anchis y altos, los equipos con distribucin anchaproporcionan una superposicin de haces de luz que resulta mseconmica que en habitaciones estrechas, con la siguiente reduccin de

la intensidad de las sombras y una iluminacin mayor de las superficieverticales. En las lneas de luminarias prximas a las paredes puedenusarse equipos de distribucin ms estrecha para reducir al mnimo laprdida de iluminacin a causa de la absorcin de las paredes yventanas.

Adems de las lmparas de mercurio, las fluorescentes de mercurio ylas de filamentos, las fluorescentes de tubo son adecuadas parautilizarlas en zonas anchas de gran altura y se recomiendan cuando serequieren fuentes de brillo bajo con lmparas fcilmente accesibles.

Zonas de Poca Altura

Las tareas visuales son ms frecuentes en las zonas de poca altura detecho que en las de gran altura. En el anlisis de la tarea visual lareferencia a la seccin sobre el alumbrado suplementario puede ser tilpara determinar el tamao ptimo y el brillo del equipo a fin deprocurar la mejor visibilidad. En algunas zonas de poca altura, la tareavisual consiste en la visin de objetos tridimensionales difusos, que

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pueden iluminarse bien con fuentes direccionales. Generalmente, sin

embargo, algunas de las tareas visuales implican objetos especulares osemi-especulares, para los que el alumbrado ptimo puede ser unsistema indirecto. Para este caso suele ser una buena solucin prctica elemplazamiento en diagonal de las luminarias fluorescentes. En muchasotras situaciones, las hileras continuas de luminarias fluorescentesresultan totalmente satisfactorias.

La provisin de una buena visibilidad en una exigencia fundamentaldel alumbrado, pero tambin es importante que este sea confortable.Estas dos condiciones son frecuentemente aunque o siempre, cumplidas

por las mismas caractersticas del sistema, por ejemplo, aumentando eltamao y reduciendo el brillo de las luminarias casi siempre se mejorael confort visual y la visibilidad de objetos especulares, sin embargo, esposible que se mejore la visibilidad de objetos difusos tridimensionales.La comodidad visual es una funcin de las condiciones visuales detodos los alrededores y puede controlarse mediante la pintura adecuadadel equipo y de las superficies de la habitacin y mediante una seleccincuidadosa de las luminarias.

Diseo de luminarias: Las luminarias utilizadas para el alumbradogeneral en zonas de poca altura son casi siempre del tipo directo o semi-directo, normalmente fluorescente las lmparas pueden estar protegidaspor rejillas, lucernas, u otros dispositivos. Todos estos accesoriosaumentan la comodidad visual siendo normalmente las rejillas las msefectivas en zonas donde el techo est pintado de blanco o de otro colorclaro, las relaciones de brillo entre el techo y las luminarias sonconsiderablemente ms bajas cuando se usan luminarias semidirectasen lugar de directas. Las luces dirigidas hacia arriba en las unidadesfluorescentes semidirectas provienen generalmente de ranuras uorificios en la parte superior reflector. Las aberturas no solo permiten el

paso de la luz, sino que tambin proporcionan una salida para lascorrientes de aire creadas por conveccin de vida al calor de la lmpara.Esta ventilacin enfra las lmparas y aumenta el rendimiento de lasluminarias, pues las lmparas funcionan a una temperatura, ms baja yen consecuencia ms eficaces.

Las medidas hechas en las instalaciones, lo mismo que las delaboratorio demuestran inequvocamente que las luminarias ventiladasalmacenan suciedad mucho ms despacio, con lo que en servicio

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mantienen la iluminacin a un valor ms alto que las unidades no

ventiladas.

Mantenimiento

Un programa bien planeado y bien ejecutado del mantenimiento delalumbrado es de primordial importancia para sacar el mayor partidoposible del dinero invertido o empleado en hacer funcionar un sistemade alumbrado industrial. Los resultados se traducen en tina mayorcantidad de luz por unidad monetaria, en el orgullo de los propietariosy en la mejora de la moral a causa de la apariencia ms limpia. Muchos

programas incluyen un plan de reposicin de las lmparas as como delimpieza de las luminarias y de limpieza y repaso de las superficies delos locales y maquinarias. En algunas zonas muy sucias, donde lalimpieza de las luminarias es difcil y cara, se pueden utilizar comoalternativas lmparas reflectoras.

Alumbrado general localizado

El alumbrado suplementario se aade al general para tareas visualesdifciles o procesos de inspeccin que no pueden iluminarsesatisfactoriamente o prcticamente con el alumbrado general, puede ser,segn las necesidades, una cantidad adicional de luz en un punto o enuna onda especifica, una luz recibida segn otra direccin o bien da uncolor o calidad diferente.

Tipos de Lmparas

Lmparas fluorescentes

Son lmparas de vapor de mercurio a baja presin, tambindenominada tubo fluorescente, es un tipo de lmpara utilizada para lailuminacin domstica e industrial. Su gran ventaja frente a otro tipo delmparas, como las incandescentes, es su eficiencia energtica.

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Est formada por un tubo o bulbo de vidrio fino revestido interiormente

con un recubrimiento que contiene fsforo y otros elementos que emitenluz al recibir una radiacin ultravioleta. El tubo contiene una pequeacantidad de vapor de mercurio y un gas inerte, habitualmente argn,todo ello a una presin ligeramente inferior a la presin atmosfrica.Asimismo, en los extremos del tubo existen dos filamentos detungsteno.

Elementos necesarios para su funcionamiento

Figura 2.1.- Esquema de conexiones de una lmpara fluorescente

En la Figura 2.1 se aprecian los elementos de que consta la instalacinde una lmpara. En esta figura se distinguen, aparte de la propialmpara, dos elementos fundamentales: el cebador y la reactanciainductiva. El cebador est formado por una pequea ampolla de cristalrellena de gas nen a baja presin y en cuyo interior se halla un contactoformado por lminas bimetlicas. En paralelo con este contacto se hallaun condensador destinado a actuar de apagachispas. El elemento dereactancia inductiva est constituido por una bobina arrollada sobre unncleo de chapas de hierro.

Funcionamiento del conjunto

Al aplicar la tensin de alimentacin, el gas contenido en la ampolla delcebador se ioniza con lo que aumenta su temperatura lo suficiente para

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que la lmina bimetlica se deforme cerrando el circuito, lo que har

que los filamentos de los extremos del tubo se enciendan. Al cerrarse elcontacto el cebador se apaga y el gas vuelve a enfriarse, con lo que loscontactos se abren nuevamente y se repite el proceso. De este modo lacorriente aplicada a los filamentos es pulsatoria. La funcin delcondensador, contenido en el cebador, es absorber los picos de tensinque se producen al abrir y cerrar el contacto, evitando su deterioro porlas chispas que en otro caso se produciran. Los filamentos al calentarsegeneran electrones para ionizar el argn que llena el tubo, formando unplasma que conduce la electricidad. Este plasma excita los tomos demercurio que, como consecuencia, emiten luz visible y ultravioleta. El

revestimiento interior de la lmpara tiene la funcin de filtrar yconvertir la luz ultravioleta en visible. La coloracin de la luz emitidapor la lmpara depende del material de dicho recubrimiento interior.

Las lmparas fluorescentes son dispositivos con resistencia negativo-dependiente de la tensin. Esto significa que cuanto mayor es lacorriente que la atraviesa mayor es el grado de ionizacin del gas y, portanto, menor la resistencia que opone al paso de dicha corriente. As, sise conecta la lmpara a una fuente tensin prcticamente constante,como es la red elctrica, la lmpara se destruira en pocos segundos.Para evitar esto siempre se conectan a travs de un elemento limitadorde corriente para mantener esta dentro de lmites tolerables. Esteelemento limitador, en el caso de la instalacin de la Figura 1, es lareactancia inductiva.

Finalmente, la disminucin de la resistencia interna del tubo una vezencendido, hace que la tensin entre los terminales del cebador seainsuficiente para ionizar el gas contenido en su ampolla y por tanto elcontacto bimetlico queda inactivo cuando el tubo est encendido.

A menudo se intercala entre la Fase de entrada y el neutro de entrada

un condensador que, dependiendo de su capacidad, disminuye elamperaje, reduciendo el consumo. Realizando un clculo matemticosabremos qu condensador hay que intercalar, ya que si ponemos unomayor del que tiene que ser nos aumentara el amperaje y su consumo,por lo que es importante encontrar el idneo. Calculo condensador:

C = Q * 10 elevado a 9 / 2 * * frecuencia * VQ= * (tangente de Fi - tangente de Fi)Fi = Coseno de fi

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Ejemplo: Para tubo de 18w y reactancia de 20w y cebador de 20w se

pondr un condensador de 4 F 230v

PropiedadesLas lmparas fluorescentes tienen un rendimiento luminoso que puede

estimarse entre 50 y 80 lmenes por vatio (lm/W). Su vida til estambin mejor, del orden de 5000 horas. Su rendimiento de color puedellegar a ser muy alto (5500 K, es decir luz de da), pero como si no setienen altos niveles de iluminacin, esa luz es fra, hay en el mercadodistintos modelos de luz corregida.

DesventajasLas lmparas fluorescentes no dan una luz continua, sino que muestranun parpadeo que depende de la frecuencia de la tensin aplicada (porejemplo: 50 Hz en Espaa). Esto no se nota mucho a simple vista, pero

una exposicin continua a esta luz puede dar dolor de cabeza. El efectoes el mismo que si se configura una pantalla de ordenador a 50 Hz. Esteparpadeo puede causar el efecto estroboscpico, de forma que un objetoque gire a cierta velocidad podra verse esttico bajo una luzfluorescente. Por tanto, en algunos lugares (como talleres conmaquinaria) puede no ser recomendable esta luz. Tambin causaproblemas con las cmaras de vdeo, ya que la frecuencia a la que lee laimagen del sensor puede coincidir con las fluctuaciones en intensidadde la lmpara fluorescente. Las lmparas fluorescentes no pueden

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conectarse a un atenuador normal (un regulador para controlar el

brillo). Hay lmparas especiales (de 4 pins) y controladores especialesque permiten usar un interruptor con regulador de intensidad.

UsoLas lmparas fluorescentes necesitan de unos momentos decalentamiento antes de alcanzar su flujo luminoso normal, por lo que esaconsejable utilizarlas en lugares donde no se estn encendiendo yapagando continuamente (como pasillos y escaleras). Por otro lado, losencendidos y apagados constantes acortan notablemente su vida til.De hecho, casi se considera que su vida til se puede medir en nmerode encendidos. Por ejemplo, una lmpara que tenga una vida til de3000 horas en un uso de 8 horas diarias ininterrumpidas, puede teneruna vida til de 6000 horas con un uso de 16 horas diariasininterrumpidas. Puede ponerse a las lmparas un balasto (conjunto decebador y reactancia) especial de encendido instantneo, pero tambinacorta su vida til.

Lmparas Incandescentes

Las lmparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz apartir de la energa elctrica. Desde que fueran inventadas, la tecnologaha cambiado mucho producindose sustanciosos avances en la cantidadde luz producida, el consumo y la duracin de las lmparas. Suprincipio de funcionamiento es simple, se pasa una corriente elctricapor un filamento hasta que este alcanza una temperatura tan alta queemite radiaciones visibles por el ojo humano.

La incandescencia

Todos los cuerpos calientes emiten energa en forma de radiacinelectromagntica. Mientras ms alta sea su temperatura mayor ser laenerga emitida y la porcin del espectro electromagntico ocupado porlas radiaciones emitidas. Si el cuerpo pasa la temperatura deincandescencia una buena parte de estas radiaciones caern en la zonavisible del espectro y obtendremos luz.

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La incandescencia se puede obtener de dos maneras. La primera es por

combustin de alguna sustancia, ya sea slida como una antorcha demadera, lquida como en una lmpara de aceite o gaseosa como en laslmparas de gas. La segunda es pasando una corriente elctrica a travsde un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillascorrientes. Tanto de una forma como de otra, obtenemos luz y calor (yasea calentando las molculas de aire o por radiaciones infrarrojas). Engeneral los rendimientos de este tipo de lmparas son bajos debido aque la mayor parte de la energa consumida se convierte en calor.

Rendimiento de una lmpara incandescente

La produccin de luz mediante la incandescencia tiene una ventajaadicional, y es que la luz emitida contiene todas las longitudes de onda

que forman la luz visible o dicho de otra manera, su espectro deemisiones es continuo. De esta manera se garantiza una buenareproduccin de los colores de los objetos iluminados.

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Caractersticas de una lmpara incandescente

Entre los parmetros que sirven para definir una lmpara tenemos lascaractersticas fotomtricas: la intensidad luminosa, el flujo luminoso yel rendimiento o eficiencia. Adems de estas, existen otros que nosinforman sobre la calidad de la reproduccin de los colores y losparmetros de duracin de las lmparas.

Caractersticas Cromticas

Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de

las caractersticas cromticas de las fuentes de luz. Por poner unejemplo, no se ve igual una calle de noche a la luz de las farolasiluminadas por lmparas de luz blanca que con lmparas de luzamarilla. A la hora de describir las cualidades cromticas de las fuentesde luz hemos de considerar dos aspectos. El primero trata sobre el colorque presenta la fuente. Y el segundo describe cmo son reproducidoslos colores de los objetos iluminados por esta. Para evaluarlos seutilizan dos parmetros: la temperatura de color y el rendimiento decolor que se mide con el IRC.

La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa.Su valor coincide con la temperatura a la que un cuerpo negro tiene unaapariencia de color similar a la de la fuente considerada. Esto se debe aque sus espectros electromagnticos respectivos tienen una distribucinespectral similar. Conviene aclarar que los conceptos temperatura decolor y temperatura de filamento son diferentes y no tienen porquecoincidir sus valores.

El rendimiento en color, por contra, hace referencia a cmo se ven loscolores de los objetos iluminados. Nuestra experiencia nos indica quelos objetos iluminados por un fluorescente no se ven del mismo tono

que aquellos iluminados por bombillas. En el primer caso destacan mslos tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos. Esto sedebe a que la luz emitida por cada una de estas lmparas tiene un altoporcentaje de radiaciones monocromticas de color azul o rojo.

Para establecer el rendimiento en color se utiliza el ndice derendimiento de color (IRC o Ra) que compara la reproduccin de unamuestra de colores normalizada iluminada con nuestra fuente con la

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reproduccin de la misma muestra iluminada con una fuente patrn de

referencia.

Caractersticas de duracin

La duracin de una lmpara viene determinada bsicamente por latemperatura de trabajo del filamento. Mientras ms alta sea esta, mayorser el flujo luminoso pero tambin la velocidad de evaporacin delmaterial que forma el filamento. Las partculas evaporadas, cuandoentren en contacto con las paredes se depositarn sobre estas,ennegreciendo la ampolla. De esta manera se ver reducido el flujo

luminoso por ensuciamiento de la ampolla. Pero, adems, el filamentose habr vuelto ms delgado por la evaporacin del tungsteno que loforma y se reducir, en consecuencia, la corriente elctrica que pasa porl, la temperatura de trabajo y el flujo luminoso. Esto seguir ocurriendohasta que finalmente se rompa el filamento. A este proceso se le conocecomo depreciacin luminosa. Para determinar la vida de una lmparadisponemos de diferentes parmetros segn las condiciones de usodefinidas.

La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta queuna lmpara se estropea, trabajando en unas condicionesdeterminadas.

La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produceel fallo de la mitad de las lmparas de un lote representativo deuna instalacin, trabajando en unas condiciones determinadas.

La vida til es el tiempo estimado en horas tras el cual espreferible sustituir un conjunto de lmparas de una instalacin amantenerlas. Esto se hace por motivos econmicos y para evitaruna disminucin excesiva en los niveles de iluminacin en lainstalacin debido a la depreciacin que sufre el flujo luminosocon el tiempo. Este valor sirve para establecer los periodos dereposicin de las lmparas de una instalacin.

La vida media es el tiempo medio que resulta tras el anlisis yensayo de un lote de lmparas trabajando en unas condicionesdeterminadas.

La duracin de las lmparas incandescentes est normalizada; siendo deunas 1000 horas para las normales, para las halgenas es de 2000 horaspara aplicaciones generales y de 4000 horas para las especiales.

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Factores externos que influyen en el funcionamiento de laslmparas

Los factores externos que afectan al funcionamiento de las lmparas sonla temperatura del entorno dnde est situada la lmpara y lasdesviaciones en la tensin nominal en los bornes. La temperaturaambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamientode las lmparas incandescentes, pero s se ha de tener en cuenta paraevitar deterioros en los materiales empleados en su fabricacin. En laslmparas normales hay que tener cuidado de que la temperatura de

funcionamiento no exceda de los 200 C para el casquillo y los 370 Cpara el bulbo en el alumbrado general. Esto ser de especial atencin sila lmpara est alojada en luminarias con mala ventilacin. En el casode las lmparas halgenas es necesaria una temperatura defuncionamiento mnima en el bulbo de 260 C para garantizar el cicloregenerador del wolframio. En este caso la mxima temperaturaadmisible en la ampolla es de 520 C para ampollas de vidrio duro y900 C para el cuarzo.

Las variaciones de la tensin se producen cuando aplicamos a la

lmpara una tensin diferente de la tensin nominal para la que ha sidodiseada. Cuando aumentamos la tensin aplicada se produce unincremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la lmparapero se reduce la duracin de la lmpara. Anlogamente, al reducir latensin se produce el efecto contrario.

Partes de una lmpara incandescente

Las lmparas incandescentes estn formadas por un hilo de wolframio

que se calienta por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadasque empieza a emitir luz visible. Para evitar que el filamento se quemeen contacto con el aire, se rodea con una ampolla de vidrio a la que se leha hecho el vaco o se ha rellenado con un gas. El conjunto se completacon unos elementos con funciones de soporte y conduccin de lacorriente elctrica y un casquillo normalizado que sirve para conectar lalmpara a la luminaria.

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Tipos de lmparas incandescentes

Existen dos tipos de lmparas incandescentes: las que contienen un gashalgeno en su interior y las que no lo contienen:

Lmparas no halgenas

Entre las lmparas incandescentes no halgenas podemos distinguir lasque se han rellenado con un gas inerte de aquellas en que se ha hecho elvaco en su interior. La presencia del gas supone un notable incrementode la eficacia luminosa de la lmpara dificultando la evaporacin delmaterial del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura detrabajo del filamento. Las lmparas incandescentes tienen una duracinnormalizada de 1000 horas, una potencia entre 25 y 2000 W y unaseficacias entre 7.5 y 11 lm/W para las lmparas de vaco y entre 10 y 20para las rellenas de gas inerte. En la actualidad predomina el uso de laslmparas con gas, reducindose el uso de las de vaco a aplicacionesocasionales en alumbrado general con potencias de hasta 40 W.

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Lmparas halgenas

En las lmparas incandescentes normales, con el paso del tiempo, seproduce una disminucin significativa del flujo luminoso. Esto se debe,en parte, al ennegrecimiento de la ampolla por culpa de la evaporacinde partculas de wolframio del filamento y su posterior condensacinsobre la ampolla. Agregando una pequea cantidad de un compuestogaseoso con halgenos (cloro, bromo o yodo), normalmente se usa elCH2Br2, al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de regeneracindel halgeno que evita el ennegrecimiento. Cuando el tungsteno (W) seevapora se une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2).

Como las paredes de la ampolla estn muy calientes (ms de 260 C) nose deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso. Cuando elbromuro de wolframio entra en contacto con el filamento, que est muycaliente, se descompone en W que se deposita sobre el filamento y Brque pasa al gas de relleno. Y as, el ciclo vuelve a empezar.

El funcionamiento de este tipo de lmparas requiere de temperaturasmuy altas para que pueda realizarse el ciclo del halgeno. Por eso, sonms pequeas y compactas que las lmparas normales y la ampolla sefabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con losdedos para evitar su deterioro. Tienen una eficacia luminosa de 22lm/W con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a 2000W)segn el uso al que estn destinadas. Las lmparas halgenas se utilizannormalmente en alumbrado por proyeccin y cada vez ms eniluminacin domstica.

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Introduccin a la Electrnica

La electrnica es una cienciaaplicada que estudia y empleasistemas cuyo funcionamiento sebasa en el control del flujo de loselectrones u otras partculascargadas en una gran variedad de

dispositivos, desde las vlvulastermoinicas hasta lossemiconductores.

El diseo y la construccin decircuitos electrnicos para resolver problemas prcticos forma parte delos campos de la Ingeniera electrnica, y el diseo de software paracontrolarlos de la Ingeniera informtica. El estudio de nuevosdispositivos semiconductores y su tecnologa se suele considerar unarama de la Fsica.

Breve historia de la electrnica

La electrnica se origin en 1906 con la invencin del triodo por partede Lee De Forest, que permiti el desarrollo de la radio, la telefona delarga distancia y las pelculas sonoras. En 1947 con la invencin deltransistor se inici la electrnica de estado slido, basada en

Prctica

3C O N T E N I D O

Electrnica analgica y digital

Dispositivos electrnicos

Compuertas lgicas

Semiconductores

Diodos

Transistores

Figura 3.1: Detalle de un circuitointegrado

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semiconductores, que desplazara completamente a la vlvula

termoinica o vlvula de vaco. En 1958 se desarroll el primer circuitointegrado, que integraba seis transistores en un nico chip. En 1970 sedesarroll el primer microprocesador, el Intel 4004. En la actualidad loscampos de desarrollo de la electrnica son tan vastos que se ha divididoen varias ciencias especializadas. La mayor divisin consiste endistinguir la electrnica analgica de la electrnica digital.

La electrnica en si es la ciencia de actualidad y la base de lacivilizacin moderna y de su futuro.

Electrnica analgica y digital

El trmino "Digital" se refiere a cantidades discretas como la cantidadde personas en un una sala, cantidad de libros en una biblioteca,cantidad de autos en una zona de estacionamiento, etc..Los Sistemas digitales tienen una alta importancia en la tecnologamoderna, especialmente en la computacin y sistemas de controlautomtico.

El trmino "Analgico" se refiere a las magnitudes o valores quevaran con el tiempo en forma continua como la distancia, latemperatura, la velocidad, las seales de audio, etc. En la vidacotidiana el tiempo se representa en forma analgica por relojes (deagujas), y en forma discreta (digital) por displays digitales. En latecnologa analgica es muy difcil almacenar, manipular, comparar,calcular y recuperar informacin con exactitud, en cambio en latecnologa digital (computadoras, por ejemplo), se pueden hacer tareasmuy rpidamente, muy exactas, muy precisas y sin detenerse.

La electrnica moderna usa electrnica digital para realizar muchas

funciones que antes desempeaba la electrnica analgica.

Por ejemplo, una seal de audio, en la tecnologa analgica se tratabacomo lo que es, una seal continua en el tiempo. En la electrnicadigital, esta misma seal de audio es muestreada en instantes discretosde tiempo para obtener una representacin de ella que consiste en unaserie de muestras que luego son convertidas a una secuencia de unos yceros la cual puede ser tratada por un procesador de seales el cual la

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convierte en una secuencia de unos y de ceros (valores digitales), los

cuales pueden ser almacenados convenientemente en la memoria deun computador o un disco y luego extrados y convertidos nuevamenteen una seal continua exactamente como la original.

Un ejemplo de esto es el hecho de que la msica actualmente se grabaen discos compactos (CD's), que previamente ha sido convertida aformato digital de su formato original que es analgico. El equipocreado para reproducir la msica grabada de esta manera est lleno decircuitos lgicos digitales.

A diferencia de esto, los discos de acetato (los discos de 45 r.p.m. y L.P.de color negro) utilizaban una aguja que recorra los surcos en el discopara poder reproducir la msica grabada en forma analgica. Losdiscos compactos de hoy tienen un tamao mucho menor y unacapacidad de almacenamiento y confiabilidad muy superiores.

Supongamos que las seales elctricas con que trabaja un sistema digitalson 0 V y 5 V, el nivel de 5 V se le llama estado alto (o positivo) y alnivel de 0 V se le llama estado bajo (o negativo).

Lgica Positiva: En esta notacin al 1 lgico le corresponde el nivel msalto de tensin (positivo) y al 0 lgico el nivel mas bajo (negativo), peroque ocurre cuando la seal no est bien definida...?. Entonces habr queconocer cuales son los lmites para cada tipo de seal (conocido comotensin de histresis), en este grfico se puede ver con mayor claridadcada estado lgico y su nivel de tensin.

Lgica negativa: esta es inversa a la positiva, es decir, se representa alestado "1" con los niveles ms bajos de tensin y al "0" con los nivelesms altos.

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Por lo general, los circuitos integrados trabajan con lgica positiva, quees una forma ms sencilla de representar estos estados.

Compuertas lgicas

Las compuertas lgicas son dispositivos que operan con los estadoslgicos antes mencionados y funcionan igual que una calculadora, soloque con aritmtica booleana, la cual difiere de la aritmtica comun enque trabaja nicamente con ceros y unos, de modo que los resultados deuna operacin aritmtica (solo se permiten suma, multiplicacin ynegacin (inversin)) son un cero o un uno. De un lado ingresan losdatos, en forma de seales digitales (ceros o unos), la compuerta realizauna operacin, y saca un resultado en forma de un cero o de un uno.

Cada una de las compuertas lgicas se las representa mediante unSmbolo, y la operacin que realiza (Operacin lgica) se correspondecon una tabla, llamada Tabla de Verdad, a continuacin unos ejemplosde esto.

Una compuerta AND tiene dos entradas como mnimo y su operacinlgica es un producto entre ambas, no es un producto aritmtico,

aunque en este caso coincidan. Obsrvese que su salida ser alta si susdos entradas estn a nivel alto. Las entradas son las columnas a y b, lasalida, la columna c, es el resultado de la multiplicacin de las entradas.

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Una compuerta OR, al igual que la anterior, posee dos entradas como

mnimo y la operacin lgica, ser una suma entre ambas, pero, denuevo, no se trata de una suma aritmtica, en el lgebra de Booletenemos que 1 + 1 = 1, es decir, basta que una de ellas sea 1 para que susalida sea tambin 1.

Dispositivos electrnicos actuales

La electrnica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas.Los principales usos de los circuitos electrnicos son el control, elprocesado, la distribucin de informacin, la conversin y ladistribucin de la energa elctrica. Estos dos usos implican la creaciny/o la deteccin de campos electromagnticos y corrientes elctricas.Mientras que se ha trabajado con la energa elctrica durante algn

tiempo para transmitir datos sobre telgrafos y telfonos, no se puededecir que el desarrollo de la electrnica comenzara realmente hasta lallegada de la radio.

Sistemas electrnicos

Una forma de entender los sistemas electrnicos consiste en dividirlosen las siguientes partes:

1. Entradas o Inputs Sensores (o transductores) electrnicos omecnicos que toman las seales (en forma de temperatura,presin, etc.) del mundo fsico y las convierten en seales decorriente o voltaje. Ejemplo: El termopar, la foto resistencia paramedir la intensidad de la luz, etc.

2. Circuitos de procesado de seales Consisten en componenteselectrnicos conectados juntos para manipular, interpretar ytransformar las seales de voltaje y corriente provenientes de lostransductores.

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3. Salidas o Outputs Actuadores u otros dispositivos (tambin

transductores) que convierten las seales de corriente o voltaje enseales fsicamente tiles. Por ejemplo: un display que nosregistre la temperatura, un foco o sistema de luces que seencienda automticamente cuando este obscureciendo.

Bsicamente son tres etapas: La primera (transductor), la segunda(circuito procesador) y la tercera (circuito actuador). Como ejemplosupongamos un televisor. Su entrada es una seal de difusin recibidapor una antena o por un cable. Los circuitos de procesado de seales delinterior del televisor extraen la informacin sobre el brillo, el color y elsonido de esta seal. Los dispositivos de salida son un tubo de rayoscatdicos que convierte las seales electrnicas en imgenes visibles enuna pantalla y unos altavoces. Otro ejemplo puede ser el de un circuitoque monitoree la temperatura de un proceso, el transductor puede seruna termocopla, el circuito de procesamiento se encarga de convertir laseal de entrada en un nivel de voltaje (comparador de voltaje) en unnivel apropiado y mandar la informacin decodificandola a un displaydonde nos de la temperatura real y si esta excede un limitepreprogramado activar un sistema de alarma (circuito actuador) paratomar las medida pertinentes.

Semiconductores

Un semiconductor es un material slido o lquido capaz de conducir laelectricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. Laconductividad elctrica, que es la capacidad de conducir la corrienteelctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de laspropiedades fsicas ms importantes. Ciertos metales, como el cobre, laplata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertosaislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A

temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan comoaislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas oen presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puedeaumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos alos de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudianen la fsica del estado slido.

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Entre los semiconductores comunes se encuentran elementos qumicos

y compuestos, como el silicio, el germanio, el selenio, el arseniuro degalio, el seleniuro de cinc y el telururo de plomo. El incremento de laconductividad provocado por los cambios de temperatura, la luz o lasimpurezas se debe al aumento del nmero de electrones conductoresque transportan la corriente elctrica. En un semiconductorcaracterstico o puro como el silicio, los electrones de valencia (oelectrones exteriores) de un tomo estn emparejados y soncompartidos por otros tomos para formar un enlace covalente quemantiene al cristal unido. Estos electrones de valencia no estn librespara transportar corriente elctrica. Para producir electrones de

conduccin, se utiliza la luz o la temperatura, que excita los electronesde valencia y provoca su liberacin de los enlaces, de manera quepueden transmitir la corriente. Las deficiencias o huecos que quedancontribuyen al flujo de la electricidad (se dice que estos huecostransportan carga positiva). ste es el origen fsico del incremento de laconductividad elctrica de los semiconductores a causa de latemperatura.

Otro mtodo para obtener electrones para el transporte de electricidadconsiste en aadir impurezas al semiconductor o doparlo. La diferenciadel nmero de electrones de valencia entre el material dopante (tanto si

acepta como si confiere electrones) y el material receptor hace quecrezca el nmero de electrones de conduccin negativos (tipo n) opositivos (tipo p).

Cada tomo de silicio tiene cuatro electrones de valencia (representadosmediante puntos). Se requieren dos para formar el enlace covalente. Enel silicio tipo n, un tomo como el del fsforo (P), con cinco electronesde valencia, reemplaza al silicio y proporciona electrones adicionales.En el silicio tipo p, los tomos de tres electrones de valencia como elaluminio (Al) provocan una deficiencia de electrones o huecos que se

comportan como electrones positivos. Los electrones o los huecospueden conducir la electricidad.Cuando ciertas capas de semiconductores tipo p y tipo n sonadyacentes, forman un diodo de semiconductor, y la regin de contactose llama unin pn. Un diodo es un dispositivo de dos terminales quetiene una gran resistencia al paso de la corriente elctrica en unadireccin y una baja resistencia en la otra. Las propiedades deconductividad de la unin pn dependen de la direccin del voltaje, quepuede a su vez utilizarse para controlar la naturaleza elctrica del

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dispositivo. Algunas series de estas uniones se usan para hacer

transistores y otros dispositivos semiconductores como clulas solares,lseres de unin pn y rectificadores.

Dispositivos Semiconductores

El Diodo

Un diodo es undispositivo que permite el

paso de la corrienteelctrica en una nicadireccin. De formasimplificada, la curvacaracterstica de un diodo(I-V) consta de dosregiones, por debajo decierta diferencia depotencial (voltaje), se comporta como un circuito abierto (no conduce), ypor encima de ella como un circuito cerrado con muy pequea

resistencia elctrica. Debido a este comportamiento, se les sueledenominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de convertiruna corriente alterna en corriente continua.

Los primeros diodos eran vlvulas grandes en chips o tubos de vaco,tambin llamadas vlvulas termoinicas constituidas por dos electrodosrodeados de vaco en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de laslmparas incandescentes.

Los diodos de estado slido son uniones de dos materiales

semiconductores extrnsecos tipos p y n, por lo que tambin reciben ladenominacin de unin pn. Hay que destacar que ninguno de los doscristales por separado tiene carga elctrica, ya que en cada cristal, elnmero de electrones y protones es el mismo, de lo que podemos decirque los dos cristales, tanto el p como el n, son neutros. (Su carga neta es0). Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusin de electrones delcristal n al p (Je). Al establecerse estas corrientes aparecen cargas fijas enuna zona a ambos lados de la unin, zona que recibe diferentes

Figura 3.2: Tipos de diodos de estado slido

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denominaciones como zona de carga espacial, de agotamiento, de

deplexin, de vaciado, etc.

A medida que progresa el proceso de difusin, la zona de carga espacialva incrementando su anchura profundizando en los cristales a amboslados de la unin. Sin embargo, la acumulacin de iones positivos en lazona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo elctrico (E)que actuar sobre los electrones libres de la zona n con una determinadafuerza de desplazamiento, que se opondr a la corriente de electrones yterminar detenindolos.

Este campo elctrico es equivalente a decir que aparece una diferenciade tensin entre las zonas p y n. Esta diferencia de potencial (V0) es de0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V si los cristales son de germanio. Laanchura de la zona de carga espacial una vez alcanzado el equilibrio,suele ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales estmucho ms dopado que el otro, la zona de carga espacial es muchomayor.

Al dispositivo as obtenido se le denomina diodo, que en un caso comoel descrito, tal que no se encuentra sometido a una diferencia depotencial externa, se dice que no est polarizado. Al extremo p, se ledenomina nodo, representndose por la letra A, mientras que la zonan, el ctodo, se representa por la letra C (o K). Cuando se somete aldiodo a una diferencia de tensin externa, se dice que el diodo estpolarizado, pudiendo ser la polarizacin directa o inversa.

Figura 3.3: Representacin esquemtica de un diodo.

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Figura 3.4: Formacin de la zona de carga espacial

Prueba de diodos:Los diodos se comprueban con el multmetro, utilizando la escala R x 1o, si el modelo lo posee, la posicin de la escala que tiene el smbolo deldiodo. En el primer caso, el multmetro (analgico o digital), en directadebe mostrar un valor de resistencia bajo (entre 20 y 500 ohms, dependedel diodo), y en inversa un valor tendiendo a infinito. En caso de que lalectura en directa muestre un valor demasiado bajo o infinito, el diodose encuentra daado. Si la lectura en inversa tiene poca resistencia,

indica que tiene fugas y necesita ser cambiado por uno bueno. En elcaso de tener la posicin con el smbolo del diodo, un diodo sano tendren directa un valor entre 500 y 800 (dependiendo del tipo de diodo),mientras que en inversa deber medir infinito. Caso contrario, el diodoest daado.

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El Diodo LED

El LED (Light Emiter Diode, diodo emisor de luz) es un tipo especial dediodo, que trabaja como un diodo comn, pero que al ser atravesadopor la corriente elctrica emite luz.

Figura 3.5: Smbolo del diodo LED

Existen diodos LED de varios colores y estos dependen del material con

el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, mbar,infrarrojo. Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED paraobtener una buena intensidad luminosa. El LED tiene un voltaje deoperacin que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama decorrientes que debe circular por el va de 10 mA a 20 mA en los diodosde color rojo y de entre 20 mA y 40 mA para los otros LEDs. Tieneenormes ventajas sobre las lmparas indicadoras comunes, como son subajo consumo de energa, su mantenimiento casi nulo y con una vidaaproximada de 100,000 horas. Se utiliza ampliamente en aplicacionesvisuales, como indicadoras de cierta situacin especfica de

funcionamiento, indicar si algo esta encendido o apagado, para laconstruccin de displays alfanumricos, etc.

Aplicaciones de los diodos:

a) Rectificador de media onda: En este circuito, el diodo conducedurante la mitad del ciclo de corriente alterna. De este modo, solamenteun semiciclo pasa al otro lado del circuito.

Figura 3.6: Rectificado de media ondab) Rectificador de onda completa: En este circuito los diodos estnconfigurados en puente, para hacer que ambos semiciclos de la corrientealterna pasen al positivo del circuito.

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Figura 3.7: Rectificador de onda completa

El TransistorLos transistores son dispositivos semiconductores de estado slido,generalmente fabricados con silicio, al que se le agregan impurezas. Lostransistores tienen distintas denominaciones, en base a su tipo deconstruccin. Vamos a ocuparnos de los ms comunes. El transistor esun elemento de tres terminales, que tiene la propiedad de variar lacorriente que circula a travs de el mediante una polarizacin muypequea. Es decir, se pueden manejar grandes corrientes mediante lainyeccin apropiada de una corriente de control muy pequea. Este es

el principio por el cual los transistores son muy utilizados comoelementos amplificadores de potencia.

El transistor bipolar es el ms comn de los transistores, y como losdiodos, puede ser de germanio o silicio. Existen dos tipos transistoresbipolares: el NPN y el PNP, y la direccin del flujo de la corriente encada caso, lo indica la flecha que se ve en el grfico de cada tipo detransistor.

El transistor bipolar es un dispositivo de 3 patillas con los siguientesnombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, elemisor, con la patilla que tiene la flecha en el grfico de transistor.

Figura 3.8:Transistor NPN Figura 3.9: Transistor PNP

El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si leintroducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base),

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el entregar por otra (emisor), una cantidad mayor a sta, en un factor

que se llama factor de amplificacin (beta), el cual es propio de cadatransistor y es especificado por el fabricante.

Entonces:

Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a (factorde amplificacin) por Ib (corriente que pasa por la patilla base).Ic = * Ib

Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valorque Ic, slo que, la corriente en un caso entra al transistor y en el

otro caso sale de el, o viceversa.

Segn la frmula anterior las corrientes no dependen del voltaje quealimenta el circuito (Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ibcambia ligeramente cuando se cambia Vcc. (Ver figura 3.10)

En la Figura 3.11 las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poderentender que a ms corriente la curva es mas alta.

Regiones operativas del transistor

Regin de corte: Un transistor esta en corte cuando: corriente decolector = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0). En este caso elvoltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje dealimentacin del circuito. (Como no hay corriente circulando, nohay cada de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmentese presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)

Figura 3.10: Intensidad de base contra voltaje decolector a emisor

Figura 3.11: Regiones de operacindel transistor

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Regin de saturacin: Un transistor est saturado cuando:corriente de colector = corriente de emisor = corriente mxima,(Ic = Ie = I mxima). En este caso la magnitud de la corrientedepende del voltaje de alimentacin del circuito y de lasresistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, verley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando lacorriente de base es lo suficientemente grande como parainducir una corriente de colector veces ms grande. (recordarque Ic = * Ib).

Regin activa: Cuando un transistor no est ni en su regin desaturacin ni en la regin de corte entonces est en una reginintermedia, la regin activa. En esta regin la corriente decolector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib),de (ganancia de corriente de un amplificador, es un dato delfabricante) y de las resistencias que hayan conectadas en elcolector y emisor). Esta regin es la mas importante si lo que sedesea es utilizar el transistor como un amplificador.

Configuraciones: Hay tres tipos de configuraciones tpicas en losamplificadores con transistores, cada una de ellas con caractersticasespeciales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicacin. Se diceque el transistor no est conduciendo cuando la corriente de base escero.

Emisor comn Colector comn Base comn

Nota: Corriente de colector y corriente de emisor no son exactamenteiguales, pero se toman como tal, debido a la pequea diferencia que

existe entre ellas, y que no afectan en casi nada a los circuitos hechoscon transistores.

Polarizacin de un transistor: Una polarizacin correcta permite elfuncionamiento de este componente. No es lo mismo polarizar untransistor NPN que PNP. Generalmente podemos decir que la uninbase - emisor se polariza directamente y la unin base - colectorinversamente.

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Circuitos integrados

Un circuito integrado, como su nombre lo indica, es un conjunto decomponentes concentrados dentro de una sola pastilla de materialsemiconductor. Se presentan en encapsulados plsticos con terminalesen forma de patas de araa, que salen por el costado del encapsulado.

Dependiendo del tipo de encapsulado, se los conocen como SIP (SingleIn-line Package = Encapsulado en hilera simple), o DIP (Dual In-linePackage = Encapsulado en hilera doble). Existen otros encapsulados,pero no los trataremos por ser ms especficos para ciertos tipos deintegrados. Su variedad es enorme, encontrando desdepreamplificadores de audio, hasta procesadores de TV completos.

El nivel de integracin desde su creacin ha sido sorprendente, llegandoa su mxima expresin con los procesadores para computadoras, dondecientos de millones de transistores son integrados dentro de unadiminuta pastilla de material semiconductor. Recientemente, se alcanzla barrera de la integracin. Los fabricantes llegaron a un punto que no

pudieron comprimir ms los transistores para aumentar las prestacionesde los procesadores. Por eso, ahora comenz una nueva era en lahistoria de los procesadores: los "doble ncleo", dos procesadorestotalmente independientes dentro de una sola pastilla.

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Prctica 3

Actividad de laboratorio

Construccin de un circuito electrnico, en protoboard,siguiendo el diseo proporcionado por el auxiliar.

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TransformadoresSe denomina transformador auna mquina elctrica quepermite aumentar o disminuirel voltaje en corriente alterna,manteniendo la frecuencia. Lapotencia que ingresa al equipo,en el caso de un transformador

ideal, (sin prdidas), es igual ala que se obtiene a la salida. Lasmquinas reales presentan unpequeo porcentaje de prdidas, dependiendo de su diseo, tamao,etc. Si suponemos un equipo ideal y consideramos, simplificando, lapotencia como el producto del voltaje por la intensidad (P=VI), stadebe permanecer constante (ya que la potencia a la entrada tiene que serigual a la potencia a la salida).

Los transformadores son dispositivos basados en la induccin

electromagntica (Ley de Faraday) y estn constituidos, en su formams simple, por dos bobinas devanadas sobre un ncleo cerrado dehierro dulce o hierro silicio (ver Figura 4.1). Las bobinas o devanados sedenominan primario y secundario segn correspondan al voltaje deentrada o salida, respectivamente. Tambin existen transformadores conms devanados, en este caso puede existir un devanado "terciario", demenor tensin que el secundario.

Prctica

4C O N T E N I D O

Transformador

Clasificacin

Transformador real e ideal

Aplicaciones

Figura 4.1

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Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario,

las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearn uncampo magntico variable dependiendo de la frecuencia de la corriente.Este campo magntico variable originar, por induccin, la aparicin deuna fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

La relacin entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada aldevanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenidaen el secundario, es directamente proporcional al nmero de espiras delos devanados primario (Np) y secundario (Ns).

As, si el nmero de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayorque el del primario, si aplicamos una tensin alterna de 230 Voltios en elprimario, obtendremos 23000 Voltios en el secundario (una relacin 100veces superior, como lo es la relacin de espiras). A la relacin entre elnmero de vueltas o espiras del primario y las del secundario se lellama relacin de vueltas del transformador o relacin detransformacin.

Ahora bien, como la potencia aplicada en el primario, en caso de untransformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, elproducto del voltaje por la intensidad (potencia) debe ser constante, conlo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primarioes de 10 Amperios, la del secundario ser de solo 0,1 amperios (unacentsima parte).

Esta particularidad tiene su utilidad para el transporte de energaelctrica a larga distancia, con el uso de transformadores es posibleelevar el voltaje y reducir la corriente con lo cual se minimizan las

perdidas en las lneas de transmisin. Si el voltaje se transmitiera aniveles bajos, las corrientes serian muy altas, con lo cual aumentaranlas perdidas en las lneas de transmisin, dadas por P=I2R, siendo R laresistencia de los conductores de las lneas de transmisin. Si se tieneen cuenta que el transporte de energa elctrica puede ser a distanciasde cientos de kilmetros, la perdida de potencia debida la resistenciapuede ser muy grande, adems, con corrientes muy altas, el dimetrode los conductores tendra que ser demasiado grande para soportarlo.

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R I C

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