PRINCIPIOS BASICOS DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS RECTIFICADORES DE CORRIENTE

Corriente alterna y corriente continua (o rectificada)

Corriente continua

La corriente elctrica est definida como un flujo de electrones que se desplazan desde una fuente, pasan a travs de un elemento que realiza un trabajo y termina su recorrido en un drenaje. Algo as como un molino que recibe agua corriente de un ri, esta mueve las paletas del molino y luego sigue su recorrido hasta el drenaje. Entonces el agua viene siendo el flujo de electrones, los canales que conducen el agua vienen siendo los conductores o cables elctricos y el molino equivale al elemento que realiza un trabajo; puede ser una lmpara, un motor, una resistencia de calentamiento, etc.La corriente continua sigue exactamente el ciclo de recorrido de electrones como se describi en el apartado anterior: Fuente, elemento de trabajo o conversin de energa y drenaje. Corriente alternaLa energa que generan las centrales elctricas y que llega a nosotros por las redes de cableado se llama corriente alterna, esta presenta dos caractersticas que la hacen no apta para ser usada en la mayora de los procesos electrolticos.1. El voltaje es demasiado alto para los valores requeridos en los procesos electrolticos.2. Esta corriente no tiene una polaridad (+) positivo y (-) negativo completamente definida, precisamente se llama corriente alterna porque los polos (+) y (-) se estn intercambiando o conmutando permanentemente entre s. Es algo como si una persona quitara la batera de una linterna, le diera media vuelta y la instalara as, con la polaridad invertida, luego la vuelve a quitar la y la instala nuevamente en la posicin inicial, es decir, en la polaridad directa (ESTE PROCESO SE LLAMA ALTERNAR LOS POLOS) y as lo repitiera indefinidamente. Parece una tarea ridcula o intil pero la corriente alterna tiene diversas propiedades que la hacen muy til y verstil para lo que fue diseada.Continuando en este orden de ideas, tambin es importante saber la velocidad con que se hace la conmutacin de los dos polos (+) y (-) es decir, cuntas veces por segundo ocurre este fenmeno, en el generador que se encuentra en la central elctrica. Existen dos estndares a nivel mundial, uno es de 50 y otro es de 60 veces por segundo.

Voltios u amperios La energa elctrica realmente es un flujo, y en muchas maneras se comporta parecido al agua que pasa por una manguera, pero en lugar de agua, fluyen electrones y en lugar de manguera, se usan conductores elctricos. En un flujo de agua que pasa por una manguera podemos distinguir muchas magnitudes fsicas, pero entre ellas vamos a considerar solo dos, para lo cual propongo en sencillo ejemplo: deseamos transvasar agua de un barril a otro usando nicamente una manguera y la fuerza de gravedad. Podemos deducir fcilmente dos factores que van a afectar el tiempo que se va a utilizar para hacer el traspaso del agua: 1. La altura del recipiente lleno respecto al recipiente vaci.La velocidad (presin) final del agua, depende directamente de la altura a la que se encuentre el barril lleno con respecto al barril vacio, a mayor altura mayor la velocidad que alcanzara el agua dentro de la manguera acelerando asi el proceso de traspaso del agua 2. El dimetro interno de la manguera.Entre mayor sea el dimetro interno de la manguera, menor ser la resistencia de esta al paso del agua, por lo tanto, a mayor dimetro, mayor es el flujo de circulacin y menor el tiempo de traspaso del agua.Entonces podemos hacer las siguientes equivalencias: 1. El voltaje es la velocidad a la que viajan los electrones dentro de los conductores elctricos.2. El amperaje es la cantidad de electrones que estn viajando por el conductor elctrico a la vez.Por eso es que para mayores amperajes se requieren conductores elctricos de mayor dimetro, pero no sucede as cuando hablamos de voltaje, este ms bien determina la calidad del conductor y tambin del aislante para que los electrones no salten del conductor elctrico al exterior. El voltaje tambin es llamado tensin y la unidad de medida es el voltio.El amperaje tambin es llamado corriente y la unidad de medida es el amperio. La multiplicacin de voltios por amperios arroja como resultado otra magnitud que se llama VA Voltiamperios es decir potencia cuya unidad de medida es el Watt (vatio). El transformador Uno de los componentes ms importantes de un rectificador de corriente es el transformador, este es una maquina esttica cuya funcin principal es variar (reducir elevar) el voltaje que se conecta a sus terminales de entrada. En nuestro caso que incumbe solo procesos electrolticos, todos los transformadores se utilizan para reducir el voltaje. Generalmente 220 440 Voltios a unos 12 Voltios, dependiendo de la necesidad del proceso. El transformador ms sencillo se compone bsicamente de tres elementos:1. Bobinado primario.2. Ncleo de hierro al silicio.3. Bobinado secundario. Cuando se conecta la red elctrica de corriente alterna a los terminales del embobinado primario de un transformador, casi inmediatamente se forma un campo magntico en el ncleo de hierro que vara su polaridad de acuerdo a la frecuencia de la red (60 Hz). Luego ese campo magntico se vuelve a convertir en un campo elctrico en la bobina secundaria. A este fenmeno se le llama electro-magnetismo. El ciclo en un transformador es: electricidad - magnetismo - electricidad. Cabe anotar que la bobina primaria y secundaria no se tocan fsicamente, no se interconectan entre s de ninguna manera. Solo se comunican por el campo magntico que se forma en el ncleo.Existe una relacin directa entre el nmero de espiras de la bobina primaria y el nmero de espiras de la bobina secundaria. Ejemplo: el clculo de un transformador determinado podra arrojar como resultado que por cada voltio de entrada se debe dar una espira de alambre en el primario. Entonces para ese transformador, cuyo voltaje de entrada es por ejemplo100 voltios, deberamos fabricar una bobina con100 espiras. Por ende la bobina secundaria deber ser fabricada con un nmero de espiras equivalente al voltaje requerido. Por ejemplo para 10 voltios ser necesario fabricar una bobina con 10 espiras. Rectificacin de corrienteAl proceso de convertir la corriente alterna en corriente continua se le llama rectificacin. Aunque existen diversas maneras y elementos para hacer esta conversin, en la actualidad los elementos ms utilizados se llaman DIODOS RECTIFICADORES, tambin se conocen como SILICONES y pertenecen a una familia de los semiconductores que se llama TIRISTORES.Los semiconductores ms utilizados tienen la capacidad de dejar pasar solo el semi-ciclo positivo de la corriente alterna, pero bloquean el paso del semi-ciclo negativo; es como tener un interruptor que impide el paso del ciclo negativo, pero permite solo el paso del ciclo positivo. Como puede observarse en la figura A, en la rectificacin de media onda el diodo d1 conduce la corriente durante los ciclos t1, t3, t5,.... pero bloquea los ciclos t2, t4, t6..... A este circuito se le llama rectificador de corriente de media onda. Precisamente porque de las dos ondas que componen la corriente alterna solo deja pasar una de ellas. Los diodos y los transformadores se pueden interconectar en diversas maneras para mejorar la calidad del la corriente rectificada, por ejemplo en la figura B se muestra un rectificador de onda completo usando un secundario de transformador con derivacin central.Factor de rizadoOtro factor importante a conocer es el nivel de rizado (en Ingles Rypple ). La corriente que genera una pila comn o una batera de carro no contiene ningn porcentaje de rizado debido a que esta corriente se genera pura desde la fuente. Por consiguiente, uno de los inconvenientes de rectificar la corriente, es decir, al hacer la conversin de alterna a continua rectificada, es que quedan ciertos espacios vacios, como se puede ver en la figura arriba al comparar las montaas que describen la corriente rectificada, con respecto a la lnea roja en la parte superior que equivaldra a la corriente continua pura.Cuando este rizado es muy alto puede afectar la calidad el proceso electroltico, por lo cual el diseo final del rectificador debe tener en cuenta este factor, para ello se usan transformadores especiales y filtros diseados para tal fin.

Eleccin del rectificadorPara elegir el rectificador ms adecuado a sus necesidades usted debe tener en claro los siguientes conceptos: 1. Condiciones de la red elctrica:

Si la red es monofsica o trifsica.Si es monofsica el voltaje es: 110 220 Voltios.Si es trifsica el voltaje es: 220 440 Voltios.a) Los rectificadores a 110 Voltios no pueden ser mayores a 100 Amperios, y 15 Voltios.b) Los rectificadores monofsicos a 220 Voltios no pueden ser mayores a 500 amperios y 15 Voltios.c) Para las redes trifsicas a 220 Voltios se recomienda no superar los 6.000 Amperios a 15 Voltios.d) Para las redes a 440 Voltios podemos fabricar equipos de hasta 10.000 Amperios a 24 Voltios

2. Corriente y voltaje de salida del rectificador.

Caractersticas del bao.a) El asesor qumico debe entregar la carta de informacin con los datos de consumo de corriente y el voltaje de operacin para la solucin qumica propuesta. Esta lista debe incluir la relacin de corriente: Amperios x decmetro cuadrado. Otro mtodo ms fcil y rpido es una lista de corriente aproximada por cada litro de solucin contenida en el tanque. 3. Relacion solucion - litro - amperios - voltios.

Dejamos a consideracin la siguiente tabla para el clculo de consumo de corriente. Esta informacin est basada en nuestra experiencia y puede ser usada como una referencia base, pero para un dato exacto consulte a su proveedor de productos qumicos. Tipo de solucin Amperios x litro VoltiosZincadosAlcalino al tambor ................................... 0,8 ..................................10,0Alcalino colgado ........................................1,2 ...................................8,0 Zincado Acido al tambor......................... .0,8 ....................................8,0Acido colgado.............................................0,9 ..................................6,0 CobrizadosAlcalino al tambor......................................1,1 ...................................8,0Alcalino colgado........................................1,3 ...................................6,0Acido colgado............................................1,4 ...................................4,0 Latonados Alcalino al tambor....................................1,1 .................................10,0Alcalino colgado........................................1,3 ................................10,0 Niquelados: Al tambor.................................................1,0 .................................15,0Colgado en rack........................................1,0...................................10,0 Cromados: Decorativo...............................................1,2....................................12,0Duro industrial..........................................1,4....................................10,0 Anodizado aluminio ...................................1,5...................................18,0 Oro ............................................................1,0 .....................................6,0Plata ...........................................................0,8 ....................................6,0 Electro fluoculacion .......................... --- ....................................18,0 Laca cataforetica .................................. 0,5 ...................................40,0

Tipo de enfriamiento.Existen varios mtodos para procurar el enfriamiento de los rectificadores de corriente, cada uno tiene sus ventajas y desventajas particulares. Algunos rectificadores combinan varios mtodos de enfriamiento, sobre todo en los equipos ms grandes.Vamos a considerar brevemente los tipos de refrigeracin mas utilizados:A. Aire:

Los sistemas de refrigeracin por aire son los ms utilizados en la actualidad por ser los mas prcticos y econmicos, existen dos categoras en estos; los que usan tiro de aire forzado (Ventilador) y los que solo utilizan la conveccin natural.

Refrigeracin por aire con ventilador: Son los ms usados debido a que se puede reducir el tamao general de los componentes del rectificador lo cual va a repercutir directamente en el costo final del equipo. La principal desventaja de este tipo de refrigeracin es la facilidad con que se contaminan con polvo y peor an, con los vapores que emanan los baos de procesos. Entonces se deben tomar precauciones extras a la hora de definir el sitio de ubicacin del rectificador. Como ventajas podemos anotar, menor costo de inversin inicial y adems la facilidad para acceder a los componentes internos del equipo; esto permite hacer revisiones y mantenimientos con mayor facilidad que en otros equipos.

Refrigeracin por aire por conveccin: Este tipo de equipos requieren el uso de disipadores de temperatura de tamaos considerablemente grandes en el rea de rectificacin y tambin el transformador debe poseer mayores dimensiones que el caso anterior. Como ventajas podemos considerar que son menos afectados por los vapores del ambiente y que el uso de gabinetes abiertos o semi-abiertos permite fcil acceso a los componentes internos, para uso del mantenimientoComo desventajas tenemos el costo en la inversin inicial que puede llegar al 50% del caso anterior y tambin el volumen general del equipo es mayor de lo que puede ser un problema donde no se cuente con espacio suficiente. B. Refrigeracin por aceite dielctrico:

La refrigeracin de rectificadores de corriente con aceite dielctrico fue muy difundida hasta finales de los aos 80, algunas empresas Norteamericanas lo siguen utilizando en sus equipos estndar. Las ventajas ms notables de estos equipos son la excelente conservacin de los equipos al pasar de los aos, esto se debe a dos factores principales 1. La dimensin de los componentes internos debe ser mayor que los refrigerados por tiro de aire forzado, 2. Los componentes del equipo quedan protegidos del medio ambiente.Como desventajas tenemos: 1. Los costos de inversin inicial pueden superar el 80% respecto a los mas econmicos. 2. El uso de aceite dielctrico esta restringido en muchos pases debido a los agentes contaminantes y cancergenos propios. 3. Debido a que los elementos internos del equipo estn montados en un contenedor sellado, se dificulta mucho el acceso a ellos para procesos de mantenimiento preventivo; en muchos casos es difcil detectar y corregir algunos daos menores, que terminan convirtindose en mayores, por lo que las reparaciones de estos rectificadores suelen ser ms grandes y costosas. 4. El tamao de estos equipos es considerablemente mayor a los dems.

C. Refrigeracin con agua recirculante:

El uso de agua recirculante tiene como principal ventaja la gran eficiencia del H2O para desalojar el calor interno de los componentes, tanto en el transformador, como en los semiconductores de potencia. Como resultado podemos atestiguar la muy alta durabilidad de los componentes internos de estos equipos; adems la exposicin a vapores contaminantes es baja. Los costos de fabricacin estn alrededor de solo un 20% mayor que los ms econmicos. Y el tamao del equipo es el ms reducido de todos. La accesibilidad al interior del equipo es fcil.Pero no todo poda ser bueno, como principal desventaja tenemos: 1. Es necesario disponer de una abundante y contina fuente de agua blanda fra; el consumo promedio de agua es de 10 litros / minuto por cada 500 Amperios, esto a una temperatura mxima de 25 grados Celsius. Tambin es necesario proveer la bomba para asurar la presin y caudal correctos. 2. Siempre existe la posibilidad de una fuga de agua dentro del rectificador que puede ser causante de grandes daos, aunque estos equipos tienen diversidad de sensores de humedad, presin, etc, Hemos encontrado estos problemas en algunos de ellos