Los primeros motores eléctricos

 

Lámparas fluorescentes

 

Lámparas fluorescentes

Figura 1

 

Lámparas fluorescentes de encendido por cebador.

Constan de un tubo de vidrio normalmente rectilíneo recubierto interiormente de una capa de polvos fluorescentes. En cada extremo del tubo se encuentra un soporte con una espiral de tungsteno (electrodo) recubierta de una pasta que facilita la emisión electrónica, asimismo está protegida por una pantalla metálica para disminuir el ennegrecimiento de los extremos. En el interior del tubo hay cierta cantidad de gas argón a baja presión y una gotita de mercurio puro.

Para su encendido estas lámparas precisan de un arrancador (cebador) y de la correspondiente reactancia. El primero consiste en una ampolla de vidrio llena de gas argón a baja presión, en cuyo interior se encuentran dos electrodos. Uno de éstos o ambos son laminillas bimetálicas, compuestas por dos metales de diferente coeficiente de dilatación que, por la acción del calor, pueden doblarse ligeramente ellas mismas. En paralelo con los electrodos se encuentra conectado un condensador para eliminar las interferencias de radio. Todo ello se aloja en un recipiente cilíndrico de aluminio o de material aislante.

El cebador se conecta en serie con los electrodos de la lámpara y la reactancia, funcionando de la forma siguiente: Al establecerse la conexión de la lámpara con la tensión de la red, ésta pasa en su totalidad por el arrancador, con lo que se produce una pequeña descarga eléctrica entre las laminillas a través del gas; al elevarse la temperatura, se juntan las laminillas y de esta forma pasa corriente por los electrodos de la lámpara, los cuales comienzan a emitir electrones, reduciéndose la resistencia eléctrica entre los mismos, con lo que las laminillas se separan, al dejar de pasar corriente por el cebador.

Figura 2: Influencia de la tensión en las características de las lámparas fluorescentes

Al abrirse las laminillas se produce en la reactancia un golpe de corriente», adquiriendo una tensión superior a la de la línea, dando lugar a que lance un impulso de tensión, con lo que se consigue iniciar la descarga del gas argón. Esta descarga trae consigo una elevación de la temperatura, y el mercurio se evaporiza. Al chocar los electrones procedentes de los electrodos con los átomos del mercurio, desplazan a los electrones periféricos, los cuales al volver a su órbita desprenden la energía recibida en forma de energía radiante, siendo ésta en su mayor parte, radiaciones ultravioletas; dichas radiaciones al chocar con la sustancia fluorescente la excitan y ésta emite radiaciones visibles (fig. 3).

Figura 3: Depreciación del flujo emitido por las lámparas fluorescentes

Como consecuencia del desfase existente entre la tensión y la intensidad, el factor de potencia es muy pequeño, por lo que se debe instalar en paralelo con la reactancia un condensador de compensación. La vida media de estas lámparas es de 7.500 horas, conservando un 75 % de su flujo luminoso inicial.

TABLA 1

Lámparas fluorescentes de arranque rápido.

Estas lámparas se caracterizan porque su encendido (exento de centelleo) tiene lugar prácticamente al instante, siempre que los electrodos sean debidamente calentados con la ayuda de un transformador de encendido. Tienen una tensión de arranque más baja que las de cebador; puesto que para el precalentamiento de los cátodos sólo se necesita una tensión de 3,6 V.

TABLA 2

Lámparas fluorescentes de arranque instantáneo.

Estas lámparas deben su nombre a que una vez conectadas a la red, se encienden inmediatamente sin parpadeo. Funcionan con corriente continua y alterna, llevando en el primer caso dos bandas de ignición y en el segundo una banda. En ambos casos no precisan para su encendido de un arrancador, ni de un precalentamiento de electrodos, es decir, son lámparas de cátodo frío. Funcionan a alta tensión, precisando para su encendido de reactancias especiales. Estas lámparas deben instalarse en armaduras antideflagrantes o de gran seguridad. Pueden llevar casquillo con una o dos patillas.

TABLA 3

NOTA

Al calcular el consumo de una instalación con lámparas de descarga (fluorescencia, vapor de mercurio, etc.), hay que incrementar a la potencia nominal de la lámpara en un 10% por consumo de los auxiliares de encendido.

Figura 4: Curva de distribución espectral relativa de una lámpara fluorescente de tono "blanco cálido".

Efecto estroboscópico.

El arco de una lámpara de descarga funcionando con corriente alterna de 50 Hz, se extingue 100 veces por segundo. El ojo humano no es capaz de apreciar estas variaciones tan rápidas de la luz, pero puede darse el caso, de que las lámparas iluminen zonas en las que se encuentren funcionando máquinas con órganos en movimiento, observándose entonces que las mismas se mueven en forma intermitente, o se encuentran como paradas. Este fenómeno se conoce con el nombre de «efecto estroboscópico», y se elimina empleando reactancias especiales, o mejor aún, donde se disponga de línea de alimentación trifásica, distribuyendo las lámparas sobre fases distintas de la red.

 

TABLA 4 DE EQUIVALENCIAS ENTRE LÁMPARAS MÁS UTILIZADAS DE VAPOR DE MERCURIO – LUZ MEZCLA - INCANDESCENCIA

TABLA 5

FUENTE:

INDALUX: LUMINOTECNIA PRÁCTICA

Elementos de montaje para instalaciones interiores

 

Los conductores aislados tienen diversos sistemas de instalación en las instalaciones receptoras o de interior. Deben ser fácilmente identificables, especialmente el neutro y el de protección, se les puede reconocer por los colores de sus aislamientos o incluyendo inscripciones sobre los mismos. El color amarillo-verde a rayas se reserva para el conductor de protección y el azul claro para el neutro. Para los conductores de fase se utiliza el negro o el marrón en los circuitos monofásicos y, además de estos dos, el color gris en los circuitos trifásicos (figura 1).

Figura 1: Colores de los conductores para circuitos monofásicos y trifásicos

No se puede utilizar un mismo conductor neutro para varios circuitos independientes, la conexión de los interruptores unipolares se hace siempre sobre el conductor de fase y nunca sobre el conductor neutro, según indica la figura 2.

Figura 2: Conexión de un interruptor

Las conexiones entre conductores se realizan en el interior de cajas apropiadas (figura 3), mediante la utilización de bornes de conexión y regletas o conectores (figura 4); no permitiéndose, en ningún caso, la unión de conductores a través de un simple retorcimiento o enrollamiento de los mismos. Igualmente, las tomas de corriente en una misma habitación deben estar conectadas a la misma fase.

Figura 3: Dimensiones de cajas para empotrar

Figura 4: Conexión mediante terminales y regletas en cajas de registro o derivación

Las instalaciones interiores pueden realizarse de las siguientes formas, de acuerdo con la  ITC-BT-21:  

a)       Conductores aislados bajo tubo protector, en montaje empotrado o superficial.

b)      Conductores aislados bajo molduras o rodapiés.

c)       Conductores aislados en el interior de huecos de la construcción.

d)      Conductores aislados, instalados directamente bajo enlucidos.

La instalación de conductores dentro de tubo protector es la utilizada actualmente en la práctica totalidad de las instalaciones de tamaños pequeño y mediano (viviendas y locales).

• Las canalizaciones deben elegirse e instalarse de forma que se impida, durante la instalación, la utilización y el mantenimiento, cualquier daño a las cubiertas y al aislamiento de los conductores aislados, de los cables y de los terminales de éstos.

• Una canalización debe tener un radio de curvatura tal, que los conductores y cables no se vean dañados.

a)      Conductores aislados bajo tubo protector

Estos conductores pueden ir en montaje superficial o empotrado. Por cada tubo discurrirá, por lo general, un solo circuito, como se ve en la Figura 5.

Figura 5. Circuitos independientes por distintos tubos

Si por un mismo tubo discurren varios circuitos diferentes, éstos cumplirán las siguientes condiciones (Figura 6):

Figura 6: Circuitos independientes por un mismo tubo

• Es imprescindible la instalación de un interruptor general automático en el cuadro de distribución.

• Todos los conductores estarán aislados para la misma tensión de servicio.

• Todos los circuitos partirán de un mismo mecanismo general de mando y protección, sin interposición de aparatos que transformen la corriente (autotransformadores, rectificadores, baterías de acumuladores, etc.).

• Cada circuito estará protegido, por separado, contra sobreintensidades.

• Los tubos deberán tener un diámetro tal que permitan un fácil alojamiento y extracción de los cables o conductores aislados. En la tabla de la figura 7 se muestran los diámetros exteriores mínimos de los tubos, en función del número y la sección de los conductores o cables a conducir.

• Para más de 5 conductores por tubo o para conductores aislados o cables de secciones diferentes a instalar en el mismo tubo, su sección interior será, como mínimo, igual a 3 veces la sección ocupada por los conductores.

Figura 7: Tabla de los diámetros mínimos de los tubos para albergar los conductores

TUBOS PROTECTORES

Los tubos protectores, utilizados en las instalaciones eléctricas interiores, se agrupan en cuatro clases diferentes:

a) Tubos metálicos rígidos blindados, normalmente de acero, de aleación de aluminio y magnesio, de zinc o de sus aleaciones. Estos tubos son estancos y no propagadores de llama (tubo de acero).

b) Tubos metálicos rígidos blindados, con aislamiento interior. Son, por lo general, los tubos del apartado anterior, pero con un aislamiento interno.

c) Tubos aislantes rígidos normalmente curvables en caliente, de cloruro de polivinilo o polietileno. Son estancos y no propagadores de la llama (generalmente tubo PVC rígido).

d) Tubos aislantes flexibles normales que pueden curvarse a mano (tubo PVC corrugado).

Figura 8: Tipos de tubos protectores

Normativa de tubos protectores

• Las curvas practicadas en los tubos serán continuas y no originarán reducciones de sección, la siguiente tabla indica los radios mínimos de curvatura en función de la clase de tubo y del diámetro de este.

 

Figura 9: Tabla de los radios mínimos de curvatura de los tubos

• Los tramos rectos de tubos sin caja de registro no serán superiores a 15 m (figura 10).

Figura 10: Distancias máximas de colocación de las cajas de registro o empalme, en tramos rectos.

• Entre dos registros consecutivos no se dispondrán nunca más de 3 curvas de 90° (figura 11).

Figura 11: Distancias máximas de colocación de las cajas de registro de tramos curvos

• Las conexiones de conductores siempre se realizarán en las cajas de empalme o derivación (figura 4).

• La profundidad de las cajas de empalme será, como mínimo, de 1,5 D (siendo D el diámetro del tubo mayor que aloje).

• En los tubos metálicos que penetran en las cajas, las puntas llevarán sus bordes redondeados o protegidos para no destruir el aislamiento de los conductores, y si llevan aislamiento interno, éste sobresaldrá para proteger el conductor.

• En los cruces de tubos rígidos con las juntas de dilatación de un edificio deberán interrumpirse los tubos, quedando los extremos de los mismos separados entre sí unos 5 cm, para empalmarse posteriormente con un manguito deslizante que tenga una longitud mínima de 20 cm.

• Si los tubos van empotrados, se admite la instalación de tubos normales cuando su colocación en obra se efectúe, después de terminados los trabajos de construcción y enfoscado de paredes y techos, pudiendo aplicarse el enlucido posteriormente (figura 12).

Figura 12: Disposición de una instalación empotrada con tubos plásticos, antes del enlucido

• Los tubos blindados podrán instalarse antes de terminar la construcción de la pared o techo que los han de alojar, siendo necesario en estos casos fijar bien los tubos, de forma que no puedan desplazarse durante los trabajos posteriores de la construcción.

• Entre el forjado y revestimiento no se pueden colocar tubos destinados a la instalación eléctrica de plantas inferiores.

• Para la instalación eléctrica de la propia planta se podrán disponer tubos, siempre que sean blindados, entre el forjado y el revestimiento. Es conveniente ubicar los tubos normales empotrados en paredes, de tal forma que los recorridos horizontales estén a 50 cm, como máximo, del suelo o techo y a 20 cm, como máximo, en recorridos verticales de los ángulos o esquinas (Figura 13).

Figura 13: Espacios para tubos protectores empotrados

– Los tubos o conductores se fijarán a las paredes o techos por medio de bridas protegidas contra la corrosión y sólidamente sujetas. Las distancias máximas entre éstas serán, como máximo, de 0,50 metros para los tubos, 0,40 m para los conductores y 0,75 para los conductores armados. (figura 14).

Se dispondrán fijaciones de una y otra parte en los cambios de dirección, en los empalmes y en la proximidad inmediata de las entradas en cajas o aparatos.

Figura 14: Instalación de conductores en tubos o directos sobre paredes

b)      Conductores aislados bajo molduras o rodapiés

Estas canalizaciones están constituidas por conductores alojados en ranuras bajo molduras. Sólo se permite en locales secos y están obligadas a cumplir las siguientes condiciones:

• Estas canalizaciones están constituidas por cables alojados en ranuras bajo molduras. Podrán utilizarse únicamente en locales o emplazamientos clasificados como secos, temporalmente húmedos o polvorientos.

• Los cables serán de tensión asignada no inferior a 450/750 V.

• Las ranuras tendrán dimensiones suficientes para alojar a los conductores.

• En una misma ranura sólo se alojarán conductores pertenecientes al mismo circuito.

• En los cambios de dirección, los ángulos de las ranuras serán obtusos.

• Las molduras no presentarán discontinuidad en la longitud de protección de los conductores. • En caso de usar rodapiés ranurados, el conductor más bajo estará a 5 cm sobre el suelo.

 

Figura 15: Instalación con conducciones en molduras o rodapiés

• En los cruces con otras canalizaciones no eléctricas, se dispondrá de un tubo rígido empotrado que sobresalga a ambos lados del cruce.

• La separación entre las canalizaciones que se crucen será, como mínimo, de 3 cm.

• Las molduras tendrán su cubierta al aire, sin estar recubiertas con papeles ni telas.

Figura 16: Instalación con conducciones en molduras o rodapiés 

c)       Conductores aislados en el interior de huecos de la construcción

Cuando los tubos se coloquen en huecos de la construcción, se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones:

• Las canalizaciones ordinarias precableadas, destinadas a ser empotradas en ranuras realizadas en obra de fábrica (paredes, techos y falsos techos), serán flexibles o curvables.

• Las canalizaciones deberán realizarse con conductores aislados bajo conducto, con la condición de que éstos puedan retirarse o inspeccionarse en los elementos de construcción ubicados.

• Deben satisfacer los ensayos de autoextinguibilidad.

• Las conexiones deberán realizarse en cajas adecuadas accesibles al exterior.

• En los huecos verticales las conducciones deberán sujetarse para evitar la tensión de su peso cada 3 m como mínimo (en vertical).

 

 

Figura 17: Fijación de los tubos en huecos de la construcción

• El hueco deberá ser 4 veces el diámetro de la conducción.

• El tubo flexible también es adecuado para estos menesteres.

d)      Conductores aislados, directamente empotrados bajo enlucidos

Cuando los tubos se coloquen empotrados, se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones:

• En la instalación de los tubos en el interior de los elementos de la construcción, las rozas no pondrán en peligro la seguridad de las paredes o techos en que se practiquen. Las dimensiones de las rozas serán suficientes para que los tubos queden recubiertos por una capa de 1 centímetro de espesor, como mínimo. En los ángulos, el espesor de esta capa puede reducirse a 0,5 centímetros.

• No se instalarán entre forjado y revestimiento tubos destinados a la instalación eléctrica de las plantas inferiores.

• Para la instalación correspondiente a la propia planta, únicamente podrán instalarse, entre forjado y revestimiento, tubos que deberán quedar recubiertos por una capa de hormigón o mortero de 1 centímetro de espesor, como mínimo, además del revestimiento.

• En los cambios de dirección, los tubos estarán convenientemente curvados o bien provistos de codos o “T” apropiados, pero en este último caso sólo se admitirán los provistos de tapas de registro.

• Las tapas de los registros y de las cajas de conexión quedarán accesibles y desmontables una vez finalizada la obra. Los registros y cajas quedarán enrasados con la superficie exterior del revestimiento cerrado y practicable.

• En el caso de utilizarse tubos empotrados en paredes, es conveniente disponer de recorridos horizontales a 50 centímetros, como máximo, de suelo o techos y los verticales a una distancia de los ángulos de esquinas no superior a 20 cm (ver figura 13).

Cajas de mecanismos

La figura 18 representa una caja de derivación y otra de mecanismos. Esta última aloja el interruptor de una lámpara. El tubo protector que va hacia el emplazamiento de la lámpara tiene un trozo de su recorrido por encima del cielo raso.

Figura 18: Caja de derivación y de mecanismos empotrados

También en esta clase de cajas existen diversos tipos, casi todos ellos ensamblables. De este modo, pueden formar conjuntos centralizados de conmutación, por ejemplo, para alumbrado.

Las cajas de las figuras 19 y 20 son empotrables y pueden alojar uno o dos mecanismos.

Figura 19: Cajas de mecanismos

Figura 20: Interruptores y tomas de corriente monofásicos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¿Cómo instalar un portalámparas?

 

Parece muy sencillo instalar un portalámparas; basta con empalmar los dos terminales de la instalación de los dos bornes del portalámparas. Sin embargo, no es tan sencillo como parece y todo profesional electricista debe conocer la forma correcta de instalar los portalámparas ya que una instalación incorrecta puede suponer, en muchos casos, desagradables consecuencias a quienes intentan operaciones tan sencillas como la reposición de lámparas agotadas.

Lo primero que debe conocerte es que, para que la instalación sea segura no debe existir tensión en el portalámparas cuando el interruptor de la lámpara está abierto. Claro está que, si se trata de una instalación de corriente continua bipolar o de corriente alterna con alimentación desde las dos fases, no existe problema, pues con montar un interruptor bipolar que corte la corriente en ambas fases (o polos) ya es suficiente (véase la figura 1).

Figura 1: Conexión de un portalámparas entre dos conductores activos

de una línea eléctrica

 El problema se presenta en el caso —el más corriente de todos— de alimentación entre conductor activo de fase y conductor neutro (corriente alterna) y también en corriente continua trifilar, con alimentación entre polo y neutro. Recuérdese que no es recomendable cortar la corriente en el neutro, por lo que solamente puede utilizarse un interruptor unipolar para el conductor activo. Por otra parte, el portalámparas puede instalarse de una de las cuatro formas representada en la figura 2; y solamente una de estas formas de instalación es correcta. Vamos a razonar esta cuestión:

El montaje (A) de la figura es defectuoso, por dos razones:

1. El interruptor está montado en el neutro.

2. Con el interruptor, abierto o cerrado, siempre hay tensión entre el casquillo del portalámparas y la tierra.

El montaje (B) de la figura también es defectuoso porque, con el interruptor cerrado, hay tensión entre el casquillo del portalámparas y la tierra.

El montaje (D) de la figura también resulta defectuoso por dos razones.

1. El interruptor está montado en el neutro.

2. Con el interruptor abierto, hay tensión entre el casquillo del portalámparas y la tierra, aunque no tanta como en el caso (A), por la caída de tensión existente en el filamento de la lámpara. Con el interruptor cerrado no hay, prácticamente, tensión entre el casquillo del portalámparas y la tierra.

El montaje (C), de la figura 2 es el único correcto, por dos razones:

1. Interruptor montado con el conductor activo.

2. No hay tensión entre el casquillo del portalámparas y tierra en ningún caso: es decir, ni con interruptor abierto, ni con interruptor cerrado.

Figura 2. Diversas conexiones posibles de un portalámparas entre un conductor activo y el neutro de una línea eléctrica. Las conexiones A, B y D son incorrectas, por las razones que se explican en el texto: la conexión C es la única correcta.

 

 

Los inicios del transporte de la electricidad

 

André Marie Ampere

 

ANDRÉ MARIE AMPERE

• 22 de enero de 1775, Lyon (Francia).

† 10 de junio de 1836, Marsella (Francia).

 

Nacido en el pueblo de Polemieux, cerca de Lyon, en la región del Rhone, el 22 de Enero de 1775, fue un gran matemático y físico.

 

Hacia 1760 un antiguo comerciante de Lyon, Jaen-Jacques Ampere, se retira a la pequeña villa de Polemieux junto con su esposa Antoinette Sarcey de Sutlferes. Allí nace André Marie. La vida de la familia es tranquila, gracias a los ahorros del comerciante, y su única preocupación es la falta de recursos en el pueblo para la instrucción del pequeño.

 

El niño pronto demostró que podría ser otro Pascal. Su organización intelectual era extraordinaria. No sabía leer ni escribir y ya realizaba operaciones aritméticas ayudándose de una colección de guijarros, utiliza los trozos de una pasta que le dan para comer, con el mismo fin.

 

Una vez que aprende a leer devora todos los libros de la pequeña biblioteca paterna. El padre había empezado a iniciarlo en el estudio del latín, pero al comprobar las aptitudes para el cálculo, la geometría y el álgebra lo dirige y orienta hacía el conocimiento de las matemáticas. Pronto sus conocimientos de las matemáticas elementales son superiores a los que en el pueblo pueden enseñarle y pide a su padre que lo lleve a la biblioteca del colegio de Lyon, dirigido por entonces por un reputado geómetra, el abad Daburon.

 

A la edad de sólo once años, Ampere pide al abad las obras sobre cálculo integral, escritas por Euler y Bernouille. Al estar escritas en latín, y no conocer este idioma, reemprende con su padre el estudio de este. Poco tiempo después vuelve a solicitar las obras de Euler y Bernouille, ahora con el suficiente bagaje, para enfrentarse a ellas. El abad Deburon, maravillado por este interés y capacidad para asimilar y aprender, le da unas clases de análisis matemático que sigue con extraordinario aprovechamiento. Al mismo tiempo un amigo del profesor lo inicia en las ciencias naturales y más concretamente en la botánica y en la zoología.

 

A continuación, se pone a estudiar la Gran Enciclopedia de Diderot y d'Alambert, compendio de todos los conocimientos humanísticos y científicos de aquella época. A los catorce años se suscribe a ella y aparte de aumentar considerablemente su biblioteca, se convierte en un gran enciclopedista.

 

Es un autodidacta, y todos los conocimientos los adquiere sin haber asistido a la escuela primaria ni a un liceo.

 

A sus diez y ocho años ya ha estudiado y comprendido, en todos sus detalles, la Mecánica Analítica de Lagrange. Se ha escrito que a esta edad, Ampere ya poseía todos los conocimientos matemáticos de los que hizo uso en su labor científica.

 

En 1793 se termina la plácida vida de estudio del joven Ampere. Llega a Lyon el periodo, conocido como del Terror, de la Revolución Francesa. Su padre que había ejercido como juez de paz durante la época anterior, periodo de la Convención, es detenido y en la inmensa masacre que tiene lugar, por parte de los más fanáticos y radicales revolucionarios, es guillotinado en la Plaza de Bellecour.

 

Este incidente, que marcó su vida, le produjo una terrible conmoción seguida de una profunda depresión, que le llevó a la pérdida de la razón. Permanecerá más de un año en un estado muy próximo a la idiotez, sin tener la mínima conciencia de lo que pasa a su alrededor.

 

Un amigo consigue que se entretenga leyendo la obra de Jean-Jacques Rousseau, Cartas sobre la botánica, que tuvo la virtud de hacerlo salir de su estado de indiferencia y estupor y darle ánimos para seguir viviendo e interesarse por la ciencia, de nuevo, sobre todo por las plantas.

 

Se enamora profundamente de una joven de un pueblo vecino, Julie Carron, con la que se casa. Esta le da un hijo y al poco tiempo, concretamente en 1804, muere su mujer volviendo a caer en una depresión grave de la que saldrá, como en la anterior.

 

A pesar de estos problemas y reveses que le da la vida, continúa ejerciendo de profesor de física y química en Bourg, trabajo que había aceptado para poder casarse y mantener a su familia. En 1809 obtiene, en París, una cátedra de matemáticas.

 

En el año 1820 se dieron a conocer los resultados de las experiencias del danés Oesterd, que concluían que al circular corriente eléctrica por un conductor, este era capaz de desviar una aguja imantada. Esto ocasionó gran expectación en los ambientes científicos, por la posible relación existente entre el magnetismo y la electricidad, siendo los físicos franceses los que desarrollaron una mayor actividad.

 

A la cabeza de este movimiento estuvieron, desde un principio, Ampere y F. Arago. A la semana de tener conocimiento del fenómeno, Ampere ya había desarrollado un importante estudio cualitativo, enunciando una ley que sistematizaba el hecho experimental y que se conoce como regla de "la mano derecha" o "del sacacorchos". Este fue el punto de partida de lo que más tarde, el inglés Michael Faraday, generalizaría como "líneas de fuerza".

Para poder explicar la regla de "la mano derecha", era necesario determinar el sentido de las corrientes en los conductores, cosa harto improbable con la sola observación de estos. A partir del hilo por el que circulaba la intensidad no se deducía nada. Ampere adoptó el sistema, aceptado en la época y establecido por Benjamin Franklin en el siglo XVIII, de que la corriente iba del polo positivo al negativo. Esto se suponía así pues se consideraba que el positivo poseía un exceso de "fluido eléctrico" y el negativo una carencia del mismo, por lo que el que tiene más tiende a compensar la falta del que tiene menos, hasta que se igualan las cantidades de "fluido eléctrico", equilibrándose.

 

Hoy se sabe que el sentido es el contrario, que la corriente eléctrica es un flujo de electrones que van de negativo al positivo. Franklin se equivocó, y Ampere mantuvo el error, pero las teorías de este último y de sus predecesores son absolutamente válidas siempre que mantenga constante el sentido utilizado por ellos.

 

La acción magnética de las corrientes se estudiaba en los primeros años del pasado siglo, usando imanes y limaduras de hierro. Ampere pronto demostró que no eran necesarios para observar y estudiar estas atracciones y repulsiones.

 

Sobre un artilugio de su invención, muy original, montó dos hilos conductores, paralelos, uno fijo y el otro móvil, pudiéndose este último acercar o alejar del primero. Haciendo circular corrientes en el mismo sentido, ambos conductores se atraían. Si por el contrario una de las corrientes invertía su sentido, respecto a la otra, los conductores pasaban ahora a repelerse.

 

Si a uno de los hilos conductores se le permitía girar ahora libremente sobre un eje perpendicular a él y al otro hilo, pero este fijo, al pasar por ellos corrientes de sentidos opuestos al hilo móvil describe un movimiento semicircular hasta que se sitúa paralelo al fijo, de forma que las corrientes circulen ahora en el mismo sentido.

 

Estudió también el comportamiento de las corrientes eléctricas, al circular por conductores de forma circular y junto con Arago enunció que, al circular una corriente por un hilo arrollado a la manera de un muelle, su comportamiento es semejante a un imán. Ampere llamó a este hilo espiral "solenoide". Este descubrimiento sirvió al inglés William Sturgeon para construir el primer electroimán, tan importante para el total desarrollo de las máquinas eléctricas, y al americano Joseph Henry a desarrollar toda la teoría de la autoinducción.

 

Ampere, gran matemático, no se detuvo sólo en experiencias cualitativas y pensó que si una aguja era desviada por una corriente o dos corrientes se interaccionaban, era posible medir estas fuerzas (de atracción o repulsión), así como las corrientes que las originaban.

 

Calculó la corriente que circula por un conductor, midiendo sobre un limbo graduado la desviación producida a una aguja imantada, encontrando la relación existente entre la corriente (causa) y la desviación (efecto).

 

Ampere fue el primero en aplicar las matemáticas avanzadas a los estudios del magnetismo y la electricidad, deduciendo la importante expresión analítica, conocida como "Ley de Ampere". Esta ley, presentada a la Academia de Ciencias de Paris, puede enunciarse así: "Dos hilos paralelos recorridos por una corriente eléctrica se atraen cuando la electricidad los recorre en el mismo sentido y se repelen, por el contrario, si las corrientes eléctricas se mueven en sentidos opuestos". En muchos aspectos fue un adelantado a sus coetáneos. Por ejemplo, en 1823, expuso la teoría de que las propiedades magnéticas de los cuerpos se deben a la circulación continua y permanente de pequeñas corrientes en su seno. Sus contemporáneos se mostraron muy escépticos ante estas opiniones, pero tres cuartos de siglo después se descubrió la existencia de pequeñas partículas cargadas, moviéndose continuamente en el seno de la materia.

 

En la actualidad la ciencia le rinde honores dando a la unidad de intensidad eléctrica, cantidad de corriente que atraviesa un conductor en la unidad de tiempo, su nombre, en el Sistema Internacional (SI) de Unida-des.

 

El físico francés presumía que la Tierra se comportaba como un imán, sobre las corrientes eléctricas. Sus experiencias le dan la razón en este aspecto. Durante varias semanas científicos de su país y extranjeros se reunieron en su laboratorio de la calle Fossés Saint-Victor para observar como un hilo conductor, unido por sus extremos a los polos de un pila, se orienta 'bajo la acción, tan sólo, del globo terrestre.

 

Tampoco fue ajeno al descubrimiento de Arago, sobre la imantación del acero y del hierro. Este fenómeno le inspira un telégrafo eléctrico, que aunque no llego a construir, dejo perfectamente descrito en la publicación: "Anales de física y química" (20 de Octubre de 1820).

 

La última obra de Ampere fue "Clasificación de las especies”. Apenas acabada parte, en Mayo de 1836, para una gira como Inspector general de la Universidad. Su estado de salud ya preocupa a sus familiares y amigos, pero piensan que el benigno clima mediterráneo del sur francés le beneficiara. Estas esperanzas son cruelmente infundadas. Llega moribundo a Marsella a causa de una antigua afección pulmonar, que se complica con una congestión cerebral que acaba quitándole la vida el 10 de Junio, cuando contaba 61 años de edad.

 

Es el creador de la ciencia de la Electrodinámica. Ampere representa uno de los ejemplos más importantes de la universalidad del saber. A sus 18 años conocía a fondo la Gran Enciclopedia de Diderot, a lo largo de su vida se interesa por la zoología y la botánica, así como otras ramas de la ciencia de la naturaleza; crea las bases del telégrafo eléctrico y profundiza en el terreno del electromagnetismo en su última obra. Cuando se interesaba por un tema no lo hacía superficialmente, sino que se dedicaba a fondo.

 

Humanamente fue tan grande como en el campo científico. A los 18 años había inventado  un idioma universal para hermanar a toda la Humanidad, a los 50 compone una obra de moral y filosofía estudiando las causas que se oponen a la felicidad del Hombre.

La Memoria presentada en 1827 denominada “Teoría matemática de los fenómenos electrodinámicos exclusivamente deducidas de la experiencia” es una admirable construcción lógica y de precisión maravillosa. En opinión de Maxwell, la obra de Ampere es una de las más brillantes que registra la historia de la Ciencia, tanto la teoría como la experimentación brotaron de un modo asombroso de la mente del que fuera conocido como el Newton de la Electricidad.

A pesar de los inmensos sufrimientos que marcaron su juventud, fue un hombre solidario con sus semejantes, modesto y sencillo con sus colegas, desinteresado y querido por todos.

 

 

 

 

Ventilación de los cuadros eléctricos

 

Figura 1: Sistemas de ventilación de un cuadro eléctrico

 Medios más usuales para controlar la temperatura interna del cuadro:

● Temperatura muy elevada. Existen varias posibilidades para disipar el calor generado por los aparatos ubicados en el interior del cuadro. La Tabla 1 muestra los diversos sistemas para disipar el calor interior de un cuadro eléctrico. Las opciones a, b y c están garantizadas con componentes de los cuadros Prisma de Schneider.

● Temperatura baja o cíclica. El medio utilizado para aumentar la temperatura interna de un cuadro es el calentamiento por resistencias, de esta forma se evita:

○ La formación de agua por condensación.

○ Y en casos extremos, la formación de hielo.

 

Sistemas de ventilación:

Tabla 1: Métodos de control de la temperatura de los cuadros Prisma de Schneider

 

Si la capacidad de disipación térmica del cuadro no es suficiente para disipar toda la energía calorífica generada en su interior y la temperatura interna supera los grados recomendados, debemos prever una ventilación del cuadro.

 

Ventilación de los cuadros eléctricos

 

Una vez determinado que es necesario ventilar el cuadro en función de la potencia a disipar, el salto térmico entre la temperatura exterior e interior y el tipo de cuadro utilizado, hay que calcular el caudal de aire necesario con ayuda de la gráfica de la figura 2, o mediante la fórmula:

 

La gráfica de la figura 2 permite determinar el caudal, conocida la potencia a disipar, la diferencia de temperatura (interior-exterior) y la superficie exterior libre del cuadro.

 

 

Figura 2: Ábaco para determinar el caudal de aire de evacuación

 

El aire se aspira por la parte interior del cuadro a través del ventilador y sale por un filtro de salida por la parte superior contraria a la aspiración o por un techo de ventilación.

 

Ejemplo:

 

Un cuadro eléctrico, profundidad 400 mm; 700 mm; de ancho y 2.000 mm de alto contiene aparamenta (aparellaje, juegos de barras, etc.) disipando 1.000 W.

 

La diferencia de temperatura (interior-exterior) no puede rebasar los 15 °C. ¿Cuál debe ser el caudal del ventilador?

 

La superficie exterior libre del cuadro es:

 

Perímetro lateral = 2 (0,4 + 0,7) = 2,2 m.

Superficie exterior en contacto con el aire, teniendo en cuenta que el cuadro está asentado en el suelo: S = (Pl · h) + (P · A) = (2,2 m · 2 m) + (0,4 m · 0,7 m) = 4,68 m².

 

El caudal del ventilador será de:

 

Se seleccionará en la gama de accesorios de climatización un ventilador de 38 W con un filtro de salida de aire.

Datos utilizados para los cálculos:

P: potencia disipada por la aparamenta, las conexiones y juegos de barras (expresada en vatios).

Ti: temperatura interna media (expresada en °C).

Te: temperatura externa media (expresada en °C).

∆T = Ti – Te

S: superficie exterior libre del cuadro (expresada en m²).

K: coeficiente de conducción térmica del material, expresado en W/m2 °C.

K = 5,5 W/m2 °C para cuadros de chapa pintada.

D: caudal de ventilación (expresado en m³/h).

 

Nota: la potencia disipada por los aparatos es ofrecida por los fabricantes

Añada un 30 % para tener en cuenta las conexiones y juegos de barras. En caso de asociación de cofres o cuadros, disminuir un 10 % menos la potencia disipada calculada.

 

Calefacción de los cuadros

 

La resistencia calefactora, instalada en la parte inferior del cuadro, eleva la temperatura a +10 °C con respecto al exterior. Cuando el cuadro no está en servicio, las calorías disipadas por la resistencia compensan la potencia calorífica de la aparamenta.

 

La potencia de la resistencia calefactora se determina por las gráficas de las figuras 3 y 4, a partir de la superficie exterior libre del cuadro y del salto de temperatura (exterior-interior) o por la fórmula:

 

P: potencia disipada por la aparamenta, las conexiones y juegos de barras (expresada en vatios).

Pt: potencia de la resistencia calefactora (expresada en vatios).

Tm: temperatura interna máxima del cuadro (expresada en °C).

Ti: temperatura interna media (expresada en °C).

Te: temperatura externa media (expresada en °C).

∆Tm = Tm – Te

∆T = Ti – Te

S: superficie exterior libre del cuadro (expresada en m²).

K: coeficiente de conducción térmica del material, expresado en W/m² °C.

K = 5,5 W/m² °C para cuadros de chapa pintada.

D: caudal de ventilación (expresado en m³/h).

 

Figura 3; Ábaco para determinar la resistencia calefactora en cofres pequeños

(superficie exterior ≤ 1 m²)

 

 

Figura 4: Ábaco para determinar la resistencia calefactora para cualquier cofre o cuadro.

  

En los escasos estudios térmicos que se han encontrado, se finaliza en el estudio térmico del cuadro. Pero se debe tener en consideración que en la mayoría de las instalaciones los cuadros eléctricos se sitúan en habitaciones de uso exclusivo a los servicios eléctricos, las cuales también deben aclimatarse para que no se incremente la temperatura ambiente.