MARCO TEORICO

CIRCUITO DEL FLUORESCENTE

Las pantallas de alumbrado fluorescente han aumentado su utilización en la industria minera por su elevado rendimiento y uniformidad en la iluminación de galerías, pozos, vías de transporte tolvas de descargue, frentes de desarrollo, etc.

La duración de un tubo fluorescente esta entre 4000 y 6000 horas.

PARTES DE UN TUBO FLORRESCENTE:

FUNCIONAMUENTO DEL CIRCUITO:

Para su funcionamiento el tubo fluorescente requiere de una bobina de reactancia denominada balastro, lo mismo que de un interruptor automático llamado arrancador.

La intensidad de corriente circula por el circuito cerrado atreves de los filamentos y del arrancador.

Esta circulación de corriente ocasiona el calentamiento de los filamentos los cuales calientan el argón que es gas conductor igualmente se volatiliza el mercurio.

Al abrirse el interruptor automático arrancador la corriente necesariamente tiene que circular por el interior del tubo a través del gas argón previamente calentado.

La fricción del argón con el mercurio ocasiona la emisión de rayos ultravioleta invisibles que chocan con la pintura fluorescente y se hacen visibles.

ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL CIRCUITO DEL FLUORESCENTE

TuboddeddescargaEl tubo de descarga de las lámparas fluorescentes se fabrica de vidrio, con diferentes longitudes y diámetros. La longitud depende, fundamentalmente, de la potencia en watts (W) que desarrolle la lámpara. El diámetro, por su parte, se ha estandarizado a 2.54 cm (una pulgada) en la mayoría de los tubos. Los más comunes y de uso más generalizado tienen forma recta, aunque también se pueden encontrar con forma circular.

Son tubos de vidrio con las paredes interiores recubiertas de un material fluorescente. Sus extremos son filamentos entre los que se establece un arco eléctrico que excita al material fluorescente dando lugar a luz visible. Los hay de distintas longitudes y potencias.

Casquillos El casquillo es la zona de la bombilla que encaja dentro del portalámparas donde va alojada. Habitualmente es de metal, entre otros materiales, para permitir el paso de

electricidad a la bombilla y poder encenderla una vez está colocada. Estos filamentos están fabricados con metal de tungsteno, conocido también por el nombre químico de wolframio (W), recubiertos de calcio (Ca) y magnesio (Mg) y su función principal en los tubos de las lámparas fluorescente es calentar previamente el gas argón que contienen en su interior para que se puedan encender.

A) Patillas o pines de contacto. B) Electrodos. C) Filamento de tungsteno. D) Mercurio (Hg) líquido.E) Átomos de gas argón (Ar). F) Capa o recubrimiento fluorescente de fósforo (P). G) Tubo de descarga de cristal.

Cebador Está formado por una pequeña ampolla de cristal que contiene gases a baja presión (neón, argón y gas de mercurio) y en cuyo interior se halla un contacto formado por una lámina bimetálica doblada en "U". En paralelo con este contacto hay un condensador destinado al doble efecto de actuar de amortiguador de chispa o apagachispas. La presencia de este no es imprescindible para el funcionamiento del tubo fluorescente, pero ayuda bastante a aumentar la vida útil del contacto del par bimetálico cuando se le somete a trabajar con altas corrientes y altas tensiones. Tanto el cebador como la luminaria acortan su vida útil cuantas más veces se la enciende, por esta razón se recomienda usar la iluminación fluorescente en regímenes continuos y no como iluminación intermitente. Al aplicar la tensión de alimentación, los gases contenidos en la ampolla del cebador se ionizan, con lo que aumenta su temperatura lo suficiente para que la lámina bimetálica se deforme, haga contacto cerrando el circuito, lo que hará que los filamentos de los extremos del tubo se calienten al rojo vivo, y esto comienza la ionización de los gases en la proximidad de los filamentos. Al cerrarse el contacto el cebador se apaga y sus gases vuelven a enfriarse, por lo que un par de segundos después el contacto se abre nuevamente.

BalastodelectromagnéticoEs un equipo que sirve para mantener estable y limitar la intensidad de la corriente para

lámparas, ya sea una lámpara fluorescente, una lámpara de vapor de sodio, una lámpara de

haluro metálico o una lámpara de vapor de mercurio. Técnicamente, en su forma clásica, es

una reactancia inductiva que está constituido por una bobina de alambre de cobre esmaltado

enrollada sobre un núcleo de chapas de hierro o de acero eléctrico. En la actualidad existen

de diversos tipos, como los balastos electrónicos usados para lámparas fluorescentes o

para lámparas de descarga de alta intensidad.

En una lámpara fluorescente el papel del balasto es doble: proporcionar la alta tensión necesaria para el encendido del tubo y después del encendido del tubo, limitar la corriente que pasa a través de él.

Núcleo: es la parte fundamental del balasto. Está compuesto por varias placas delgadas de acero

al silicio, sobre el que se enrolla el alambre de cobre para formar una bobina.

Carcasa: es la envoltura protectora del balasto. De la bobina salen dos o tres cables de cobre que se conectan al circuito externo, mientras que en los balastos electrónicos salen cuatro.

Sellador: es un compuesto de poliéster que se deposita entre la carcasa y el núcleo del balasto. Su función es de aislante.

Capacitor o filtro: Se utiliza para mejorar el factor de potencia de la lámpara, facilitando que pueda funcionar más eficientemente.

Vulgarmente al balasto se lo conoce como reactancia, ya que debido a la corriente alterna la bobina del balasto presenta reactancia inductiva.

CIRCUITO DE CONMUTACION

En electricidad y electrónica, las leyes del álgebra de Boole y de la lógica binaria, pueden estudiarse mediante circuitos de conmutación. Un circuito de conmutación estará compuesto por una serie de contactos que representarán las variables lógicas de entrada y una o varias cargas que representarán las variables lógicas o funciones de salida.

Los contactos pueden ser normalmente abiertos (NA) o normalmente cerrados (NC). Los primeros permanecerán abiertos mientras no se actúe sobre ellos (por ejemplo al pulsar sobre interruptor, saturar un transistor, etc.). Los contactos NC funcionarán justamente al contrario. Esto significa que si se actúa sobre un contacto NA se cerrará y si se hace sobre uno NC se abrirá.

ARRANQUE DIRECTO DE MOTOR

El arranque de motor directo es el método más sencillo para arrancar un motor trifásico. Los devanados del estator están conectados directamente a la red eléctrica por un proceso de conmutación simple. Como resultado de esta aplicación obtendremos altas corrientes de arranque (corriente de sobrecarga) que a su vez causan molestas caídas en la tensión de red. Por este motivo, las compañías eléctricas suelen limitar la potencia nominal de los motores conectados a la red. Este valor límite puede variar de una red a otra. En redes eléctricas públicas, estas limitaciones por lo general se cumplen cuando en el arranque la potencia aparente del motor trifásico no excede de 5.2kVA o cuando es de mayor potencia aparente pero la corriente de arranque no excede de 60 A. Con una tensión de red de 400 V y un arranque 8 veces la intensidad nominal, esto corresponde a un motor con una intensidad nominal de 7.5 A o un motor de 4 kW. En motores que ocasionalmente sobrepasan los 60 A de corriente de arranque y motores con una intensidad de arranque de más de 30 A que causan alteraciones en la red pública, ej. Por arranques pesados, alta frecuencia de conmutación o variación en el consumo (ascensores, sierras de corte), se deben tomar medidas alternativas para las variaciones disruptivas de tensión. Los motores con potencias de más de 4 kW y tensiones nominales de 400/690 V pueden arrancarse usando una configuración estrella triangulo. El arranque directo crea un estrés térmico en los devanados del motor y, solo brevemente, fuerzas electrodinámicas momentáneas. Con frecuencia, el arranque directo reduce la vida de los devanados de un motor estándar (p.ej. Operaciones periódicas intermitentes). El bloqueo del rotor (rotor bloqueado) es un fallo grave que puede llevar a la destrucción térmica del motor trifásico asíncrono. Cada devanado del motor debe estar protegido por un dispositivo de protección para evitar que ocurran este tipo de sobrecargas térmicas. Una solución económica es el uso de relés de sobrecarga, más conocidos como relés térmicos o relés bimetálicos. Estos relés de sobrecarga se conocen como interruptores protectores de motor en combinación con un módulo de conexión. El sinónimo de esto es el PKZM. En la alimentación del motor, este protege la conmutación (contactor DILM), la acometida y los devanados del motor contra su destrucción debido a una sobrecarga térmica (rotor bloqueado) y cortocircuito, aun cuando tengamos una pérdida de fase (L1, L2, L3). Para este propósito, debemos establecer en el interruptor protector de motor la corriente nominal del motor y los cables de conexión deben de estar calculados para este valor. El diseño de los componentes en el circuito principal del motor se lleva a cabo de acuerdo con la intensidad nominal (Ie) del motor y la categoría de empleo AC-3 (Norma IEC/EN60947-4-1), AC-3 = motores de jaula de ardilla: arranque, paro durante la operación La selección de un interruptor protector adecuado es decisiva para la seguridad del funcionamiento y de la vida útil del motor. La combinación de arranque de motor (MSC) ofrece una solución ideal para el arranque directo del motor. El MSC en su diseño

estándar consiste en un interruptor protector de motor PKZM0 y un contactor DIL enchufables. En la versión MSCDE, el interruptor protector de motor PKE para corrientes de motor de hasta 65 A, ofrece una alternativa innovadora a las soluciones bimetálicas (PKZM0). Con su alto nivel de flexibilidad y los mismos accesorios, el MSCDE cumple con todas las demandas del cliente

SISTEMA DE ARRANQUE DE MOTOR

El contactor

Es un mecanismo cuya misión es la de cerrar unos contactos, para permitir el paso de la corriente a través de ellos. Esto ocurre cuando la bobina del contactor recibe corriente eléctrica, comportándose como electroimán y atrayendo dichos contactos.

Partes: - Contactos principales: 1-2, 3-4, 5-6. Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de fuerza o potencia. - Contactos auxiliares: 13-14 Se emplean en el circuito de mando o maniobras. Por este motivo soportarán menos intensidad que los principales. El contactor de la figura solo tiene uno que es normalmente abierto. - Circuito electromagnético:

Consta de tres partes. 1.- El núcleo, en forma de E. Parte fija. 2.- La bobina: A1-A2. 3.- La armadura. Parte móvil.

Interruptor termo magnético

Se encarga de proteger a la instalación y al motor, abriendo el circuito en los siguientes casos:

- Cortocircuito: En cualquier punto de la instalación.

- Sobrecarga: Cuando la intensidad consumida en un instante, supera la intensidad a la que está calibrada el magneto térmico.

Pulsador

Los pulsadores son elementos de accionamiento que sirven para cerrar o abrir un circuito permitiendo el paso o no de la corriente a través de ellos.

MATERIALES

Balastro Zócalos porta-tubo

Arrancador Tubo fluorescente

Llave monofásica PR 85-Prasex

Cables Interruptor

Pulsador Relé térmico

Contactor Llave trifásica

CÁLCULOS Y RESULTADOS

DATOS:

- Voltaje de la fuente: V F=228,4 V- Voltaje del balastro: V b=203,4V- Voltaje del fluorescente: V f=61,3V- Intensidad de corriente: I=0,2 A- Frecuencia (aproximada): f=60Hz

CÁLCULOS:

Dado que el fluorescente está conectado en serie con el balastro debería cumplirse que la suma de dichos voltajes tiene que ser igual al voltaje de la fuente, sin embargo no se cumple debido a que en el balastro hay una inductancia que eleva su potencial:

V b+V f=203,4 V+61,3V=264,7V ≠V F

Hay un exceso de 36,3V .

Cálculo de la impedancia:

Z=V F

I=1142Ω

Cálculo de la resistencia del fluorescente:

R=V f

I=306,5Ω

Cálculo de la reactancia inductiva:

X L=√Z2−R2=1100,1Ω

Cálculo de la inductancia:

L=2πFXL

=0,3427Hr

Se hallará el error porcentual de los cálculos teóricos con los datos obtenidos en el laboratorio:

Cálculo de la corriente (I ):

I=V bX L

=0,1849 A

Cálculo del voltaje del balasto:

V b=√V F2−V f

2=220,02V

Cálculo de los errores porcentuales:

- Error en la intensidad de corriente: ε I=7,55%- Error en el voltaje del balastro: ε b=8,17%

Estos errores se dan debido a que existe un porcentaje de error en los equipos utilizados para la medición.