relación de transformación
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Relación de Transformación[editar]
Artículo principal: Diseño de transformadores
La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión
de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de
salida y la de entrada.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la
fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional
al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:
La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado
secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de
vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la
tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el
devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado
secundario o corriente de salida.
Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder
efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las
pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del
primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen
23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la
relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y
las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de
transformación.
Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un
transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:
El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser
constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el
primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una
centésima parte).
Partes[editar]
El núcleo[editar]
El núcleo está formado por varias chapas u hojas de metal (generalmente material
ferromagnético) que están apiladas una junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un
libro. La función del núcleo es mantener el flujo magnético confinado dentro de él y evitar que
este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el núcleo y reduciendo la eficiencia. La
configuración por laminas del núcleo laminado se realiza para evitar las corrientes de
Foucault, que son corrientes que circulan entre laminas, indeseadas pues favorecen las
perdidas.
Bobinas[editar]
Las bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre enrollado en las piernas del
núcleo. Según el número de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducirá un voltaje
mayor. Se juega entonces con el número de vueltas en el primario versus las del secundario.
En un transformador trifásico el número de vueltas del primario y secundario debería ser igual
para todas las fases.
Cambiador de taps[editar]
El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecánico que puede ser
girado manualmente para cambiar la razón de transformación en un transformador,
típicamente, son 5 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la razón en más o menos el
5%. Por ejemplo esto ayuda a subir el voltaje en el secundario para mejorar un voltaje muy
bajo en alguna barra del sistema.
Relé de sobrepresión[editar]
Es un dispositivo mecánico que nivela el aumento de presión del transformador que pueden
hacerlo explotar. Sin embargo existen varios equipos que explotan a pesar de tener este
dispositivo. Existen el relé de presión súbita para presiones transitorias y el relé de
sobrepresión para presiones más permanentes.
Tablero de control[editar]
Contiene las conexiones eléctricas para el control, relés de protección eléctrica, señales de
control de válvulas de sobrepresión hacia dispositivos de protección.
Configuraciones[editar]
Las bobinas pueden ser conectadas de forma diferente en delta, estrella, o T. Se pueden
hacer transformadores trifásicos de tres formas distintas:
1. Conectando tres transformadores monofásicos
2. Núcleo tipo acorazado
3. Transformador tipo núcleo.
Clases de ventilación[editar]
Hay diferentes tipos de ventilación en un transformador. La ventilación puede ser por:
Convección natural (N).
Ventilación forzada (F).
El refrigerante al interior del estante del transformador es de varios tipos:
Aceite (O del inglés Oil).
Agua (W, del inglés Water).
Gas (G).
La nomenclatura que designa la ventilación es del tipo XXYY, donde XX indica el tipo de
refrigerante, y el YY la ventilación usada. Según esto existen:
ONAN
ONAF
ONWF
Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Índice
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1 Funcionamiento
2 Relación de Transformación
3 Principio de funcionamiento
4 Corriente de inrush
5 Historia
o 5.1 Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción
o 5.2 El nacimiento del primer transformador
o 5.3 Otra información de interés
6 Transformador trifásico
o 6.1 Partes
6.1.1 El núcleo
6.1.2 Bobinas
6.1.3 Cambiador de taps
6.1.4 Relé de sobrepresión
6.1.5 Tablero de control
o 6.2 Configuraciones
o 6.3 Clases de ventilación
7 Tipos de transformadores
o 7.1 Según sus aplicaciones
7.1.1 Transformador elevador/reductor de tensión
7.1.2 Transformadores variables
7.1.3 Transformador de aislamiento
7.1.4 Transformador de alimentación
7.1.5 Transformador trifásico
7.1.6 Transformador de pulsos
7.1.7 Transformador de línea o Flyback
7.1.8 Transformador diferencial de variación lineal
7.1.9 Transformador con diodo dividido
7.1.10 Transformador de impedancia
7.1.11 Estabilizador de tensión
7.1.12 Transformador híbrido o bobina híbrida
7.1.13 Balun
7.1.14 Transformador electrónico
7.1.15 Transformador de frecuencia variable
7.1.16 Transformadores de medida
o 7.2 Según su construcción
7.2.1 Autotransformador
7.2.2 Transformador con núcleo toroidal o envolvente
7.2.3 Transformador de grano orientado
7.2.4 Bobina de núcleo de aire
7.2.5 Transformador de núcleo envolvente
7.2.6 Transformador piezoeléctrico
8 Véase también
9 Referencias
10 Enlaces externos
Funcionamiento[editar]
Representación esquemática del transformador.
Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro.
Este flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.
Relación de Transformación[editar]
Artículo principal: Diseño de transformadores
La relación de transformación indica el aumento o decremento que sufre el valor de la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, esto quiere decir, la relación entre la tensión de salida y la de entrada.
La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) , según la ecuación:
La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.
Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.
Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por el efecto Joule y se minimiza el costo de los conductores.
Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.
Ahora bien, como la potencia eléctrica aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario:
El producto de la diferencia de potencial por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).
Principio de funcionamiento[editar]
Transformador monofásico ideal.
El principio de funcionamiento del transformador tiene sus bases en la teoría del electromagnetismo resumida en las ecuaciones de Maxwell.
Corriente de inrush[editar]
La corriente de inrush o corriente transitoria de magnetización es una corriente varias veces la corriente nominal que se produce al momento de conectar el transformador a la red. Puede ser de 10 veces la corriente nominal hasta 100 veces en casos raros. 1
Historia[editar]
Transformador de núcleo laminado mostrando el
borde de las laminaciones en la parte superior de
la unidad.
Primeros pasos: los experimentos con bobinas de inducción[editar]El fenómeno de inducción electromagnética en el que se basa el funcionamiento del transformador fue descubierto por Michael Faraday en 1831, se basa fundamentalmente en que cualquier variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio de flujo magnético.
La primera "bobina de inducción" fue inventada por el sacerdote Nicholas Joseph Callan en la Universidad de Maynooth en Irlanda en 1836. Callan fue uno de los primeros investigadores en darse cuenta de que cuantas más espiras hay en el secundario, en relación con el bobinado primario, más grande es el aumento de la tensión eléctrica.
Los científicos e investigadores basaron sus esfuerzos en evolucionar las bobinas de
inducción para obtener mayores tensiones en las baterías. En lugar de corriente alterna (CA), su acción se basó en un "do&break" mecanismo vibrador que regularmente interrumpía el flujo de la corriente directa (DC) de las baterías.
Entre la década de 1830 y la década de 1870, los esfuerzos para construir mejores bobinas de inducción, en su mayoría por ensayo y error, reveló lentamente los principios básicos de los transformadores. Un diseño práctico y eficaz no apareció hasta la década de 1880, pero dentro de un decenio, el transformador sería un papel decisivo en la “Guerra de las Corrientes”, y en que los sistemas de distribución de corriente alterna triunfaron sobre sus homólogos de corriente continua, una posición dominante que mantienen desde entonces.
En 1876, el ingeniero ruso Pavel Yablochkov inventó un sistema de iluminación basado en un conjunto de bobinas de inducción en el cual el bobinado primario se conectaba a una fuente de corriente alterna y los devanados secundarios podían conectarse a varias lámparas de arco, de su propio diseño. Las bobinas utilizadas en el sistema se comportaban como transformadores primitivos. La patente alegó que el sistema podría, “proporcionar suministro por separado a varios puntos de iluminación con diferentes intensidades luminosas procedentes de una sola fuente de energía eléctrica”.
En 1878, los ingenieros de la empresa Ganz en Hungría asignaron parte de sus recursos de ingeniería para la fabricación de aparatos de iluminación eléctrica para Austria y Hungría. En 1883, realizaron más de cincuenta instalaciones para dicho fin. Ofrecía un sistema que constaba de dos lámparas incandescentes y de arco, generadores y otros accesorios.
En 1882, Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs expusieron por primera vez un dispositivo con un núcleo de hierro llamado "generador secundario" en Londres, luego vendieron la idea a la compañía estadounidense Westinghouse Electric. También este sistema fue expuesto en Turín, Italia en 1884, donde fue adoptado para el sistema de alumbrado eléctrico.
El nacimiento del primer transformador[editar]Entre 1884 y 1885, los ingenieros húngaros Károly Zipernowsky, Ottó
Bláthy y Miksa Déri, de la compañía Ganz, de ese país, crearon en Budapest el modelo “ZBD” de transformador de corriente alterna, basado en un diseño de Gaulard y Gibbs (Gaulard y Gibbs sólo diseñaron un modelo de núcleo abierto). Descubrieron la fórmula matemática de los transformadores:
donde Vs es la tensión en el secundario y Ns es el número de espiras en el secundario; Vp y Np se corresponden al primario.
Su solicitud de patente hizo el primer uso de la palabra transformador, que había sido acuñada por Bláthy Ottó.
En 1885, George Westinghouse compró las patentes del ZBD y las de Gaulard y Gibbs. Él le encomendó a William Stanleyla construcción de un transformador de tipo ZBD para uso comercial. Este diseño se utilizó por primera vez comercialmente en 1886.
Otra información de interés[editar]
Transformador de tres fases.
El primer sistema comercial de corriente alterna con fines de distribución de la energía eléctrica que usaba transformadores se puso en operación en 1886 en Great Barington, Massachussets, en los Estados Unidos de América. En ese mismo año, la electricidad se transmitió a 2.000 voltios en corriente alterna a una distancia de 30 kilómetros, en
una línea construida en Cerchi, Italia. A partir de esta pequeña aplicación inicial, la industria eléctrica en el mundo ha recorrido en tal forma, que en la actualidad es factor de desarrollo de los pueblos, formando parte importante en esta industria el transformador. El aparato que aquí se describe es una aplicación, entre tantas, derivada de la inicial bobina de Ruhmkorff o carrete de Ruhmkorff, que consistía en dos bobinas concéntricas. A una bobina, llamada primario, se le aplicaba una corriente continua proveniente de una batería, conmutada por medio de unruptor movido por el magnetismo generado en un núcleo de hierro central por la propia energía de la batería. El campo magnético así creado variaba al compás de las interrupciones, y en el otro bobinado, llamado secundario y con muchas más espiras, se inducía una corriente de escaso valor pero con una fuerza eléctrica capaz de saltar entre las puntas de un chispómetro conectado a sus extremos.
También da origen a las antiguas bobinas de ignición del automóvil Ford T, que poseía una por cada bujía, comandadas por un distribuidor que mandaba la corriente a través de cada una de las bobinas en la secuencia correcta.
Transformador trifásico[editar]
Existen muchos tipos de transformadores, entre los cuales el transformador trifásico tiene una importancia indudable. Este tipo de transformador se ocupa tanto en generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos, así como también en transmisión por líneas de transmisión y en distribución en donde se transporta la energía eléctrica a voltajes menores hacia casas, comercio e industria. Todos los transformadores desde la generadora hasta la entrada de nuestros hogares o industrias son transformadores trifásicos.
Un transformador trifásico consta de tres fases desplazadas en 120 grados, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud. Una fase consiste en un polo positivo y
negativo por el que circula una corriente alterna. No es necesario decir que un transformador no funciona con corriente continua, puesto que para que exista un voltaje V debe haber una variación del flujo. V = N dΦ/dt donde N es el número de espiras del lado de alta o baja tensión del transformador. El término dΦ/dt es una derivada del flujo, o en términos simples la variación del flujo magnético. Faraday demostró en el siglo XIX que si se acerca un imán a una bobina moviendo el imán o la bobina se induce una corriente y produce un voltaje los cuales pueden hacer trabajo como encender una bombilla.
Partes[editar]El núcleo[editar]
El núcleo está formado por varias chapas u hojas de metal (generalmente material ferromagnético) que están apiladas una junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La función del núcleo es mantener el flujo magnético confinado dentro de él y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el núcleo y reduciendo la eficiencia. La configuración por laminas del núcleo laminado se realiza para evitar las corrientes de Foucault, que son corrientes que circulan entre laminas, indeseadas pues favorecen las perdidas.
Bobinas[editar]
Las bobinas son simplemente alambre generalmente de cobre enrollado en las piernas del núcleo. Según el número de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducirá un voltaje mayor. Se juega entonces con el número de vueltas en el primario versus las del secundario. En un transformador trifásico el número de vueltas del primario y secundario debería ser igual para todas las fases.
Cambiador de taps[editar]
El cambiador de taps o derivaciones es un dispositivo generalmente mecánico que puede ser girado manualmente para cambiar la razón de transformación en un transformador, típicamente, son 5 pasos uno de ellos es neutral, los otros alteran la razón en más o menos el 5%. Por ejemplo esto
ayuda a subir el voltaje en el secundario para mejorar un voltaje muy bajo en alguna barra del sistema.
Relé de sobrepresión[editar]
Es un dispositivo mecánico que nivela el aumento de presión del transformador que pueden hacerlo explotar. Sin embargo existen varios equipos que explotan a pesar de tener este dispositivo. Existen el relé de presión súbita para presiones transitorias y el relé de sobrepresión para presiones más permanentes.
Tablero de control[editar]
Contiene las conexiones eléctricas para el control, relés de protección eléctrica, señales de control de válvulas de sobrepresión hacia dispositivos de protección.
Configuraciones[editar]Las bobinas pueden ser conectadas de forma diferente en delta, estrella, o T. Se pueden hacer transformadores trifásicos de tres formas distintas:
1. Conectando tres transformadores
monofásicos
2. Núcleo tipo acorazado
3. Transformador tipo núcleo.
Clases de ventilación[editar]Hay diferentes tipos de ventilación en un transformador. La ventilación puede ser por:
Convección natural (N).
Ventilación forzada (F).
El refrigerante al interior del estante del transformador es de varios tipos:
Aceite (O del inglés Oil).
Agua (W, del inglés Water).
Gas (G).
La nomenclatura que designa la ventilación es del tipo XXYY, donde XX indica el tipo de
refrigerante, y el YY la ventilación usada. Según esto existen:
ONAN
ONAF
ONWF
OFAF
Tipos de transformadores[editar]
Según sus aplicaciones[editar]Transformador elevador/reductor de tensión[editar]
Un transformador con PCB, como refrigerante
en plena calle
Son empleados por empresas de generación eléctrica en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización. La mayoría de los dispositivos electrónicos en hogares hacen uso de transformadores reductores conectados a un circuito rectificador de onda completa para producir el nivel de tensión de corriente directa que necesitan. Este es el caso de las fuentes de alimentación de equipos de audio, video y computación.
Transformadores variables[editar]
También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de
tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.
Transformador de aislamiento[editar]
Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1 entre las tensiones del primario y secundario. Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red y también para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en equipos de electromedicina y donde se necesitan tensiones flotantes.
Transformador de alimentación[editar]
Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.
Transformador trifásico. Conexión estrella-
triángulo.
Transformador Flyback moderno.
Transformador diferencial de variación lineal
(LVDT).
Transformador trifásico[editar]
Tienen tres bobinados en su primario y tres en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) (con hilo de neutro o no) o delta -triángulo- (Δ) y las combinaciones entre ellas: Δ-Δ, Δ-Y, Y-Δ y Y-Y. Hay que tener en cuenta que aún con relaciones 1:1, al pasar de Δ a Y o viceversa, las tensiones de fase varían.
1. Delta estrella: Se usa especialmente
en distribución (baja tensión) con
delta en alta y estrella en baja con
neutro accesible. Esto permite que la
onda sinusoidal de tercera armónica
se mantenga circulando por la delta,
pero no se transmita a las estrella.
Transformador de pulsos[editar]
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos. Su principal aplicación es transferir impulsos de mando sobre elementos de control de potencia como SCR, triacs, etc. logrando un aislamiento galvánico entre las etapas de mando y potencia.
Transformador de línea o Flyback[editar]Artículo principal: Transformador Flyback
Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.
Transformador diferencial de variación lineal[editar]Artículo principal: Transformador diferencial de variación lineal
El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo.
Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos.
Transformador con diodo dividido[editar]
Es un tipo de transformador de línea que incorpora el diodo rectificador para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.
Transformador de impedancia[editar]
Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.
Si se coloca en el secundario una impedancia de valor Z, y llamamos n a Ns/Np, como Is=-Ip/n y Es=Ep.n, la impedancia vista desde el primario será Ep/Ip = -Es/n²Is = Z/n². Así, hemos conseguido transformar una impedancia de valor Z en otra de Z/n². Colocando el transformador al revés, lo que hacemos es elevar la impedancia en un factor n².
Estabilizador de tensión[editar]
Es un tipo especial de transformador en el que el núcleo se satura cuando la tensión en el primario excede su valor nominal. Entonces, las variaciones de tensión en el secundario quedan limitadas. Tenía una labor de protección de los equipos frente a fluctuaciones de la red. Este tipo de transformador ha caído en desuso con el desarrollo de los reguladores de tensión electrónicos, debido a su volumen, peso, precio y baja eficiencia energética.
Transformador híbrido o bobina híbrida[editar]
Es un transformador que funciona como una híbrida. De aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc.
Balun[editar]
Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a masa la toma intermedia del secundario del transformador.
Transformador electrónico[editar]
Está compuesto por un circuito electrónico que eleva la frecuencia de la corriente eléctrica que alimenta al transformador, de esta manera es posible reducir drásticamente su tamaño. También pueden formar parte de circuitos más complejos que mantienen la tensión de salida en un valor prefijado sin importar la variación en la entrada, llamados fuente conmutada.
Transformador de frecuencia variable[editar]
Son pequeños transformadores de núcleo de hierro, que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control.
Transformadores de medida[editar]
Entre los transformadores con fines especiales, los más importantes son los transformadores de medida para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor normalización en la construcción de contadores, instrumentos y relés.
Según su construcción[editar]
Pequeño transformador con núcleo toroidal.
Cómo caracterizar un núcleo toroidal.
Transformador de grano orientado.
Autotransformador[editar]Artículo principal: Autotransformador
El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.
Transformador con núcleo toroidal o envolvente[editar]
El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.
Transformador de grano orientado[editar]
El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en
lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.
Bobina de núcleo de aire[editar]
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferrita que se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.
Transformador de núcleo envolvente[editar]
Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión.
Transformador piezoeléctrico[editar]
Para ciertas aplicaciones han aparecido en el mercado transformadores que no están basados en el flujo magnético para transportar la energía entre el primario y el secundario, sino que se emplean vibraciones mecánicas en un cristalpiezoeléctrico. Tienen la ventaja de ser muy planos y funcionar bien a frecuencias elevadas. Se usan en algunos convertidores de tensión para alimentar las lámparas fluorescentes de los monitores de led y TFT usados en computación y en televisión.
Véase también[editar]
Autotransformador
Multiplicador de tensión
Divisor de tensión
Cambiador de tomas
Referencias[editar]
1. Volver arriba↑ Brokering Christie, Walter;
Palma Behnke, Rodrigo; Vargas Díaz,
Luis (2008). «5». En María Fernanda
Castillo. Ñom Lüfke (El rayo domado) o
Los sistemas eléctricos de potencia.
Prentice Hall. p. 84 |página= y |
páginas= redundantes
(ayuda).ISBN 9789702612926. |autor= y
|apellidos= redundantes (ayuda)
Enlaces externos[editar]
Wikimedia Commons alberga
contenido multimedia
sobre Transformador.
Wikilibros alberga un libro o manual
sobre Transformador.
Wikcionario tiene definiciones y otra
información sobre transformador.
Resumen de la teoría de los
transformadores de potencia de la
Universidad de Cantabria (España).
Medida de la resistencia de bobinados en
transformadores. Artículo didáctico.
Información sobre Transformadores
variables.
Símbolos de transformadores.
Cómo calcular un transformador.
Acoplamiento óptimo de
transformadores.Categorías:
Máquinas eléctricas
Componentes pasivos
Red eléctrica
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Espectro visibleSe llama espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible: un típico ojo humano responderá a longitudes de onda de 400 a 700 nm, aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 hasta 780 nm.
Índice
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1 Generalidades
2 Historia
3 Colores del espectro
4 Espectroscopia
5 Espectro de los dispositivos de visualización en color
6 Véase también
7 Referencias
8 Enlaces externos
Generalidades[editar]
La correspondiente longitud de onda en el agua y en otros medios está reducida por un factor igual al índice de refracción. En términos de frecuencia, ésta corresponde a una banda en el campo de valores entre 450 y 750 terahercios. Un ojo adaptado a la luz generalmente tiene como máxima sensibilidad un valor de 555 nm, en la región verde del espectro visible. El espectro sin embargo no contiene todos los colores que los ojos humanos y el cerebro puedan distinguir.Marrón, rosada y magenta están ausentes, por ejemplo, porque se necesita la mezcla de múltiples longitudes de onda, preferiblemente rojos oscuros.
La longitud de onda visible al ojo también se pasa a través de una ventana óptica, la región del espectro electromagnético que pasa muy atenuada a través de la atmósfera terrestre (a pesar de que la luz azul es más dispersa que la luz roja, que es la razón del color del cielo). La respuesta del ojo humano está definida por una prueba subjetiva, pero las ventanas atmosféricas están definidas por medidas físicas. La ventana visible se la llama así porque ésta superpone la respuesta humana visible al espectro; la ventana infrarroja está ligada a la
ventana de respuesta humana y la longitud de onda media infrarroja, la longitud de onda infrarroja lejana están muy lejos de la región de respuesta humana.
Los ojos de muchas especies perciben longitudes de onda diferentes de las del espectro visible del ojo humano. Por ejemplo, muchos insectos, tales como las abejas pueden ver la luz ultravioleta que es útil para encontrar el néctar en lasflores. Por esta razón, los éxitos reproductivos de las especies de plantas cuyos ciclos de vida están vinculados con la polinización de los insectos, dependen de que produzcan emisión ultravioleta, más bien que del colorido aparente a los ojos humanos.
Historia[editar]
Trabajo de Newton sobre Óptica.
Descomposición de la luz por medio de un prisma.
Dos de las primeras explicaciones del espectro visible vienen de Isaac Newton, que escribió suóptica y de Johann Wolfgang Goethe en su Teoría de los colores, a pesar de sus tempranas observaciones que fueron hechas por Roger Bacon que por primera vez reconoció el espectro visible en un vaso de agua, cuatro siglos antes de los descubrimientos de Newton con prismas permitieran estudiar la dispersión y agrupación de la luz blanca.
Newton uso por primera vez la palabra espectro (del latín, "apariencia" o "aparición") en 1671 al describir sus experimentos en óptica. Newton observó que cuando un estrecho haz de luz solar incide sobre un prisma de vidrio triangular con un ángulo, una parte se refleja y otra pasa a través del vidrio, mostrando diferentes bandas de colores. La hipótesis de Newton era que la
luz estaba hecha por corpúsculos(partículas) de diferentes colores y que la diferencia en los colores era debido a la diferencia de velocidades de cada uno de ellos, de modo que en un medio transparente, la luz roja era más veloz que la luz violeta. El resultado es que la luz roja se doblaba (refractaba) menos que la luz violeta cuando pasaban a través del prisma, creando el espectro de colores.
Círculo de colores de Goethe, 1809
Newton dividió el espectro en siete colores llamados rojo, anaranjado, amarillo,verde, azul, añil y violeta. Imaginó que eran siete colores por una creencia procedente de la antigua Grecia, de los sofistas, que decían que había una conexión entre los colores, las notas musicales, los días de la semana y los objetos conocidos del sistema solar.1 2 El ojo humano es relativamente insensible a las frecuencias índigo y algunas personas no pueden distinguir del añil al azul y al violeta. Por esta razón algunos comentarios, incluidos el de Isaac Asimov, han sugerido que el añil debería dejar de ser tomado como un color entre el azul y el violeta.
Johann Wolfgang von Goethe sostuvo que el espectro continuo era un fenómeno compuesto. Mientras que Newton redujo a haces de luz para aislar el fenómeno, Goethe observaba que con una apertura más amplia no había en el espectro bordes amarillos ni del azul-cían con blanco entre ellos y el espectro solo aparecía cuando esos bordes eran muy cercanos al solapamiento.
Ahora se acepta generalmente que la luz está compuesta de fotones (que tienen algunas de las propiedades de una onda y algunas de partícula) y que toda la luz viaja a la misma velocidad en el vacío (velocidad de la luz). La velocidad de la luz en un material es menor a la misma en el vacío y la proporción de velocidad es conocida como el Índice de refracción de un material. En algunos materiales, conocidos como no dispersivos, la velocidad de diferentes frecuencias (correspondientes a los diferentes colores) no varía y así el índice refractario es constante. Sin embargo, en otros materiales (dispersos), el índice de refracción (y así su velocidad) depende de la frecuencia acorde con una relación de dispersión. Los arcoíris son un ejemplo ideal de refracción natural del espectro visible.
Colores del espectro[editar]
Los colores del arco iris en el espectro visible incluye todos esos colores que pueden ser producidos por la luz visible de una sola longitud de onda (violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo), los colores del espectro puro o monocromáticos. El espectro visible no agota los colores que el hombre es capaz de distinguir. Colores sin saturar como el rosa, o variaciones del púrpura como el magenta no pueden reproducirse con una sola longitud de onda.
A pesar que el espectro es continuo no hay cantidades vacías entre uno y otro color, los rangos anteriores podrían ser usados como una aproximación.3
violeta 380-450 nm
azul 450-495 nm
verde 495-570 nm
amarillo 570-590 nm
anaranjado 590-620 nm
rojo 620-750 nm
Espectroscopia[editar]
Los estudios científicos de objetos basados en el espectro de luz que emiten es llamado espectroscopia. Una aplicación particularmente importante de éste estudio es en la astronomía donde los espectroscopios son esenciales para analizar propiedades de objetos distantes. La espectroscopia astronómica utiliza difracción de alta dispersión para observar espectros muy altas resoluciones espectrales. El helio fue lo primero que se detectó en el análisis del espectro del sol; loselementos químicos pueden ser detectados en objetos astronómicos por las líneas espectrales y las líneas de absorción; la medida de líneas espectrales puede ser usada como medidas de corrimiento al rojo o corrimiento al azul de objetos distantes que se mueven a altas velocidades. El primer exoplaneta en ser descubierto fue el encontrado por el análisis deefecto Doppler de estrellas a las que su alta resolución que variaba su velocidad radial tan pequeñas como unos pocos metros por segundo podrían ser detectadas: la presencia de planetas fue revelada por su influencia gravitacional en las estrellas analizadas.
Espectro de los dispositivos de visualización en color[editar]
Espectro de color generado en un dispositivo de visualización.
Los dispositivos de visualización en color (como latelevisión o la pantalla de ordenador) mezclan los colores rojo, verde y azul para generar el espectro de color. En la ilustración, las barras estrechas inferiores de rojo, azul y verde muestran las mezclas relativas de estos tres colores usados para producir el color que se enseña arriba.
Véase también[editar]
Colores
Frecuencias
Arco iris
Referencias[editar]
1. Volver arriba↑ Hutchison, Niels (2004). «Music For Measure: On the 300th Anniversary of
Newton's Opticks » . Colour Music. Consultado el 22 de mayo de 2014.
2. Volver arriba↑ Newton, Isaac (1704). Opticks.
3. Volver arriba↑ Thomas J. Bruno, Paris D. N. Svoronos. CRC Handbook of Fundamental
Spectroscopic Correlation Charts. CRC Press, 2005.
Enlaces externos[editar]
Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Espectro visible.
Predecesor:Radiación infrarroja
Luz visibleLon. de onda: 7,8×10−7 m - 3,8×10−7 m
Frecuencia: 3,84×1014 Hz - 7,89×1014 Hz
Sucesor:Radiación ultravioleta
Categorías:
Colores
Espectro electromagnético
Temperatura de colorLa temperatura de color de una fuente de luz se define comparando su color dentro del espectro luminoso con el de la luz que emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Por este motivo esta temperatura de color se expresa en kelvin, a pesar de no reflejar expresamente una medida de temperatura, por ser la misma solo una medida relativa.
Representación aproximada de la temperatura según ciertos colores.
Generalmente no es perceptible a simple vista, sino mediante la comparación directa entre dos luces como podría ser la observación de una hoja de papel normal bajo una luz de tungsteno (lámpara incandescente) y a otra bajo la de un tubo fluorescente (luz de día) simultáneamente.
Índice
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1 Principio físico
2 Ejemplos
3 Aplicaciones
o 3.1 Video, y cámaras digitales
o 3.2 Iluminación de interiores
4 Referencias
5 Véase también
6 Enlaces externos
Principio físico[editar]
La razón por la que se llama temperatura es porque sería el color de la emisión de un cuerpo negro perfecto a esa temperatura.
Efectivamente, un cuerpo negro a temperatura ambiente (unos 300 K) emite y recibe radiación en infrarrojos de longitud de onda larga. Si se va calentando, conforme aumenta la temperatura emitirá radiación en una longitud cada vez más corta; en cierto momento empezará a emitir en radiación visible, en color rojo muy oscuro (se pone al rojo) y si se sigue aumentando la temperatura lo hará con longitudes cada vez más cortas, conforme a la ley de Wien. A partir de cierto momento, irá sumando los colores del espectro en su orden (rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul y violeta), sumando colores. Hacia una temperatura de 6000 K (aproximadamente la temperatura superficial del sol), emitirá en todo elespectro visible, consiguiendo luz blanca, y a partir de ese momento irá sumando radiación ultravioleta.
Cuando la luz se produce por una fuente de calor (vela, bombilla de incandescencia) la temperatura de color es aproximadamente la temperatura de la fuente. En las lámparas modernas el color de la luz depende de otros factores, como de los gases que componen el ambiente de la descarga.
Ejemplos[editar]
Algunos ejemplos aproximados de temperatura de color:
1700 K: Luz de una cerilla
1850 K: Luz de vela
2700–3300 K: Luz incandescente o de tungsteno (iluminación doméstica convencional)
3000 K: tungsteno (con lámpara halógena)
4000–4500 K: Lámpara de mercurio
5,000 K: Luz Fluorescente (aproximado)
5500–6000 K: Luz de día, flash electrónico (aproximado)
5780 K: Temperatura de color de la luz del sol pura
6200 K: Lámpara de Xenón
6500 K: Luz de día, nublado
6500–10500 K: Pantalla de televisión (LCD o CRT)
28000–30000 K: Relámpago
Aplicaciones[editar]
Las curvas de Kruithof, con un ejemplo de fuente de luz;D65 (luz de día en el norte de Europa), dentro
de la zona de agrado.1
La temperatura de color se usa en muchas ramas de la industria y la técnica, concretamente en fotografía, cine, teatro y vídeo donde su efecto produce colores dominantes que pueden afectar a la calidad de la imagen. Igualmente es utilizada en astronomía y, concretamente, analizando el espectro de una estrella, se puede relacionar su clasificación y, además para determinar el desplazamiento con respecto a la Tierra; así, si la estrella se ve en tono rojizo, se trataría, bien de una estrella fría, bien de una estrella que se aleja de nosotros o que se acerca si se trata de tonos azulados (verCorrimiento al rojo).
Video, y cámaras digitales[editar]
La temperatura de color de las cámaras profesionales se ajusta seleccionando el filtro correspondiente. El de 3200 kelvines para luz profesional de interior.
El balance de blancos ayuda a ajustar la señal de crominancia, mientras que la selección de filtros la de luminiscencia.
Muchas cámaras cuentan con una función de balance automático de blancos que procura determinar el color de la luz y corregirlo de acuerdo con el cálculo. Si bien este proceso solía ser poco fiable, ha mejorado sustancialmente con las cámaras digitales actuales, que permiten generar el balance correcto de blancos en diferentes situaciones de iluminación. El balance de blancos puede también corregirse en post-producción de una manera similar a como se hace con las cámaras, aunque en algunos casos puede perderse calidad en la imagen.
Iluminación de interiores[editar]
Comparación de colores de bombillas comunes
La temperatura de color se usa para la selección de las lámparas en la iluminación de usos comercial o doméstico. Suele preferirse usar lámparas alrededor de los 2800 K cuando se quiere generar un ambiente confortable y cálido con baja iluminancia, como en habitaciones, restaurantes, hoteles, etc. En tiendas comerciales, se instalan frecuentemente lámparas de temperatura de color de alrededor de los 4000 K, con mayores niveles de iluminancia, y finalmente se dejan las lámparas alrededor de los 5600 K (llamadas frecuentemente luz de día) para zonas de ventas en las que se desea un buen rendimiento de color o donde o en las de trabajo visual intenso como talleres, cocinas, etc.,
Y es que una cuestión importante es el nivel de la iluminación (iluminancia). Si esta es baja, con temperaturas de color altas, de alrededor de 5800 K, la luz resulta fría, pero ese es el color de la luz solar que, como en el exterior hay niveles de iluminación muy grandes, no resulta fría (Kruithof), es decir, con intensidades de luz bajas, es conveniente tener temperaturas de color bajas; si la iluminancia es alta, se pueden tener temperaturas de color altas. En la figura (curvas de Kruithof) se representa la relación entre lailuminancia (o nivel de iluminación) y la temperatura de color, delimitando las zonas en la que la iluminación resulta agradable para cada temperatura de color. Obsérvese que con iluminancias bajas, son preferibles temperaturas de color bajas, mientras que con temperaturas de color altas, se prefiere que la iluminancia sea alta, por encima de 500 ... 600 lx.
Índice de reproducción cromáticaSe ha sugerido que este artículo o sección sea fusionado con Rendimiento de color(discusión).Una vez que hayas realizado la fusión de contenidos, pide la fusión de historiales aquí.
El índice de reproducción cromática (IRC) es una medida de la capacidad que una fuente
luminosa tiene para reproducir fielmente los colores de varios objetos en comparación con una
fuente de luz natural o ideal. Las luces con un IRC elevado son necesarias en aplicaciones
donde son importantes los colores, tales como por ejemplo la fotografía y elcine.1 Se define
por la Comisión Internacional de la Iluminación como:
Reproducción Cromática: Efecto de una iluminación sobre la percepción del color de los
objetos, de forma consciente o subconsciente, en comparación con su percepción del color
bajo una iluminación de referencia. 2
Tubo fluorescente con una marca 840, que indica un IRC de 80 a 89 y una temperatura de color de 4000
K (Blanco natural).
El índice de reproducción cromática, junto con la temperatura de color, son dos de los factores
que permiten definir una fuente luminosa blanca.
En la siguiente tabla se indican los valores de IRC típicos según el tipo de fuente luminosa
o lámpara:
Tipo de lámpara IRC
LED 80-95
Lámpara incandescente 100
Lámpara halógena 100
Lámpara fluorescente
compacta15-85
Lámpara de haluro metálico 65-93
Lámpara de inducción 79
Sodio Alta Presión 0-70
Sodio Baja Presión 0
Propiedades de la luz[Introducción histórica] [Características físicas] [Leyes ópticas]
1. Introducción histórica.
El estudio de la visión comienza cuando el hombre trata de explicar el fenómeno de la visión considerandolo como una facultad anímica que le permite relacionarse con el mundo exterior.
Para las civilizaciones antiguas la percepción visual requería un "algo" que enlazara nuestro espíritu con el objeto visto, y así la escuela atomista sostenía que la visión se producía porque los objetos emiten "imagenes" que desprendiendose de ellos, venían a nuestra alma a través de los ojos. La escuela pitagórica sostenía, por el contrario, que la visión se producía por medio de un "fuego invisible" que saliendo de los ojos, a modo de tentáculo, iba a tocar y explorar los objetos. Hasta trece siglos después, con el árabe Alhazen (965-1039 d.C.), no hay indicios del menor progreso. Alhazen sienta la idea de que la luz procede de los objetos o que va del Sol a los objetos y de éstos a los ojos.
Hoy en día las propiedades físicas de la luz, en las que se basa el sistema visual para recoger información sobre el mundo que nos rodea, son mejor conocidas.
2. Características físicas de la luz.
La luz es una radiación electromagnética visible para nuestros ojos. Esta radiación la podemos describir bien considerando un modelo corpuscular, bien considerando un modelo ondulatorio. En el primer caso podemos considerar que la luz esta compuesta por pequeñas partículas denominadas fotones, cuya masa en reposo es nula y que representan unidades o cuantos de energía. En el segundo caso, la luz al igual que cualquier otra onda, puede ser caracterizada en términos de su longitud de onda (distancia sucesiva entre dos ondas), frecuencia (número de ondas por espacio de tiempo) y amplitud (diferencia entre los picos máximos y mínimos), tal y como se ilustra en la Figura 1.
Fig. 1. Características de las radiaciones electromagnéicas(59 K jpeg image)
La cantidad de energia de una radiación electromagnética es proporcional a su frecuencia. Las radiaciónes emitidas a frecuencias altas (longitudes de onda cortas) poseen la mayor cantidad de energía. Un ejemplo de ello son las radiaciones gamma y los Rayos X, con
longitudes de onda menores de 10 -9(<1 nm). Por el contrario la radiaciones con frecuencias mas bajas (longitudes de onda mas largas) tales como las emitidas por los radares y las ondas de radio (con longitudes de onda mayores de 1 mm) poseen menor cantidad de energia.
Nuestro sistema visual sólo es capaz de detectar una pequeña parte del espectro electromagnético. Así la retina humana sólo puede detectar longitudes de onda comprendidas entre los 400-700 nm (Figura 2). Como fué demostrado por Isaac Newton (1642-1726) en la primera mitad del siglo XVIII, la mezcla de las diferentes longitudes de onda en este rango emitidas por el Sol, corresponde al color que percibimos como blanco, mientras que cuando la luz posee sólo una determinada longitud de onda la percibimos como uno de los colores del arcoiris. Es interesante destacar que un color de los que denomimamos "caliente" como el rojo o naranja, esta formado por radiaciones de longitud de onda larga, y por tanto posee menor energía que colores que son considerados "frios" como el azul o el violeta.
Fig. 2. Espectro electromagnético. Sólo las radiaciones con longitudes de onda comprendidas entre los 400-700 nm son visibles para el ojo(59 K jpeg image)
3. Leyes Opticas.
La luz no es más que una radiación electromagnética. En el vacio las radiaciones electromagnéticas viajan en linea recta y así pueden ser descritas como rayos de luz. En nuestro medio, los rayos de luz viajan también en linea recta hasta que interaccionan con los átomos o moléculas de la atmosfera y otros objetos. Estas interacciones dan lugar a los fenómenos de reflexión, absorción y refracción.
Reflexión. Cuando los rayos de luz llegan a un cuerpo en el cual no pueden continuar propagandose, salen
desviados en otra dirección, es decir, se reflejan. La forma en que esto ocurre depende del tipo de superficie sobre la que inciden y del angulo que forman sobre la misma.
Fig. 3. Reflexión de la luz(59 K jpeg image)
Así las superficies pulidas reflejan de una forma regular la mayor parte de las radiaciones luminosas que les llegan mientras que las superficies rugosas actúan como si estuvieran formadas por infinidad de pequeñas superficies dispuestas irregularmente y con distinta orientación, por lo que las direcciones de los rayos reflejados son distintas. La mayor parte de lo que nosotros vemos es luz que ha sido reflejada por los objetos situados en nuestro entorno. Por tanto los objetos reciben directamente la luz del Sol, reflejandola o difundiendola hacia otros objetos que se encuentran en la sombra.
Absorción. Existen superficies y objetos que absorben la mayor parte de las radiaciones luminosas que les llegan. Estos objetos se ven de color negro. Otros tipos de superficies y objetos, absorben sólo unas determinada gama de longitudes de onda, reflejando el resto.
Fig. 4. Absorción de la luz(59 K jpeg image)
Esto sucede por ejemplo con los pigmentos que se utilizan en las técnicas de pintura. Por ejemplo un pigmento rojo absorbe longitudes de onda cortas pero refleja un determinado rango de longitudes de onda larga, cuyo pico se centra alrededor de los 680 nm, por lo que se percibe como rojo. Como veremos más adelante, las células sensibles a la luz de la retina, los fotorreceptores, contienen pigmentos visuales que utilizan esta propiedad para generar cambios en su potencial de membrana. Distintos tipos de pigmentos a nivel de los fotorreceptores dan lugar a la visión en color propia de muchos animales.
Refracción. El cambio de dirección que sufren los rayos luminosos al pasar de un medio a otro, donde su velocidad es distinta, da lugar a los fenómenos de refracción. Así si un haz de rayos luminosos incide sobre la superficie de un cuerpo transparente, parte de ellos se reflejan mientras que otra parte se refracta, es decir penetran en el cuerpo transparente experimentando un cambio en su dirección de movimiento. Esto es lo que sucede cuando la luz atraviesa los medios transparentes del ojo para llegar hasta la retina.
Fig. 5. Refracción de la luz(59 K jpeg image)
Absorción, reflexión y transmisión
Cuando la luz llega a un objeto diferentes cosas pueden pasar: la luz
puede ser absorbida, puede ser reflejada o puede ser transmitida a
través del objeto. En general pasan una combinación de estas cosas.
Vamos a graficar este concepto con ejemplos. Si tenemos un pantalón
rojo, éste va a absorber el verde y el azul y va a reflejar el rojo, por eso
lo vemos rojo. En teoría, un objeto blanco refleja toda la luz y un objeto
negro absorbe toda la luz.
En este curso no vamos a entrar en detalles específicos de la física de la
luz, pero si vamos a ver como aplicar estas propiedades o características
de la luz para mejora nuestras fotografías.
Absorción.
Cuando la luz llega a una superficie u objeto, éste puede absorber toda o
parte de esa luz. En el gráfico de abajo vemos como un objeto negro
absorbe toda la luz. En el primer gráfico de arriba vimos como el
pantalón rojo absorbía el verde y el azul.
La luz que se absorbe se convierte en calor. Es, por esta razón, que en
general se recomienda durante el verano no usar colores oscuros ya que
absorben la mayor parte de la luz y la convierten en calor. Por eso
tenemos mas calor si usamos ropa negra que si usamos ropa blanca
(refleja toda la luz).
Reflexión
La reflexión es cuando la luz llega a un objeto y rebota o refleja, en parte
o en su totalidad, de ese objeto. La luz puede ser reflejada de manera
especular (directa) o difusa.
1.Reflexión especular: se produce cuando la luz refleja de una
superficie lisa o pulida como, por ejemplo, un espejo. La luz va a reflejar
en el mismo ángulo en el cual incide o llega a esa superficie (Ley de
reflexión).
2. Reflexión difusa: se produce cuando la luz llega a una superficie u
objeto que tiene textura como, por ejemplo, una pared con textura.
Una reflexión difusa va a producir una luz más suave que una reflexión
directa. También va a generar menos contraste en la escena, sombras
más claras y una transición más suave entre luces y sombras.
Una reflexión directa va a producir una luz más intensa, mayor contraste
y sombras más oscuras y bien definidas.
Como dijimos anteriormente el blanco refleja, teóricamente, toda la luz.
Una superficie de color va a reflejar su propio color y va a absorber el
resto. Por ejemplo, un objeto verde va a reflejar el verde y va a absorber
el rojo y el azul.
Transmisión.
La transmisión ocurre cuando la luz atraviesa una superficie u objeto.
Hay 3 tipos de transmisión: directa, difusa o selectiva.
1. Transmisión directa: es cuando la luz atraviesa un objeto y no se
producen cambios de dirección o calidad de esa luz. Por ejemplo, un
vidrio o el aire.
2. Transmisión difusa: se produce cuando la luz pasa a través de un
objeto transparente o semi-transparente con textura. Por ejemplo, un
vidrio esmerilado o un papel manteca. La luz en vez de ir en una sola
dirección es desviada en muchas direcciones. La luz que es transmitida
de manera difusa va a ser más suave, va a tener menos contraste, va a
ser menos intensa, va a generar sombras más claras y una transición
más suave entre luz y sombra que la luz directa.
3. Transmisión selectiva: se produce cuando la luz atraviesa un
objeto de color. Parte de la luz va a ser absorbida y parte va a ser
transmitida por ese objeto. En el ejemplo de abajo la luz blanca (rojo,
verde y azul) pasa a través de una superficie roja. El verde y el azul son
absorbidos y solo es transmitido el rojo. Por lo tanto del otro lado de esa
superficie vamos a ver luz roja.
Los filtros o gelatinas, que mencionamos en el capítulo de Temperatura
color, trabajan por transmisión selectiva. Los filtros de color van a dejar
pasar su color (un filtro azul deja pasar luz azul) y van a absorber el
resto de los colores.
Un filtro azul deja pasar las longitudes de onda azules y absorbe las
longitudes de onda rojas y verdes.
Vamos a ver unos ejemplos de cómo utilizar estas propiedades de la luz
para mejorar nuestras fotografías.
Formato recomendado para la presentación por escrito de los trabajos de investigaciónFORMATO RECOMENTADO PARA LA PRESENTACIÓN POR ESCRITO DE LOS TRABAJOS DE INVESTIGACIÓNPara la presentación por escrito de los trabajos de investigación se recomienda utilizar
el formato de los trabajos científicos, que se describe seguidamente.
Como es sabido, un trabajo científico está compuesto por los siguientes apartados en el
orden que se indica a continuación:
Título
Autor(es)
Resumen
Introducción:o Estado de la cuestión
o Objetivos
o Hipótesis
Material y métodos
Resultados
Discusión
Conclusiones
Notas (a pie de página o finales)
Bibliografía
Agradecimientos
Dada la finalidad que posee el trabajo científico, cada uno de estos apartados debe
cumplir una serie de requisitos, que serán enunciados seguidamente.
1. TítuloEl título será leído por todos los lectores potenciales, y sirve para anunciar el contenido
del trabajo. De ahí la necesidad de ser especialmente cuidadoso/a a la hora de
establecerlo y de que esté bien trabajado.
Un buen título será:
Preciso
Conciso
Corto (10-15 palabras)
Comprensible (tanto su estructura como su vocabulario deben ser correctos)
Informativo (las palabras más informativas deben colocarse al inicio del título)
Representativo (de forma fidedigna de los contenidos del artículo o trabajo científico)2. Autor/aDeben figurar claramente los datos completos del autor/a.
3. ResumenPermite presentar en un espacio reducido las informaciones más sustanciosas del
artículo. Junto con el título, es la parte del artículo más leída. De ahí la necesidad de
que sea totalmente comprensible por sí mismo.
Con tal finalidad el resumen debe contener expuestos muy claramente:
Los objetivos del trabajo.
El material y los métodos fundamentales utilizados.
Los principales resultados de la investigación.
NO debe incluir nada de la discusión.
Las conclusiones principales. Es decir,o Las que están claramente relacionadas con los objetivos del trabajo y el marco teórico
de referencia en el que se efectúa el estudio.o Aquellas que ofrecen nuevas informaciones para mejorar el conocimiento del problema
que se aborda en el trabajo.4. IntroducciónCon la introducción se pretenden dos fines. En primer lugar, dar una idea clara y
concisa del problema investigado para que pueda comprenderse por qué se ha hecho
el trabajo. Y segundo, poner de relieve el interés de la investigación y del trabajo para
que el lector tenga deseos de seguir leyendo el artículo.
Consta de los siguientes subapartados: estado de la cuestión, objetivos e hipótesis.
4.1. Estado de la cuestión, que debe incluir:
El marco teórico de referencia.
Una revisión actualizada del estado en que se halla el problema estudiado.
Una valoración de las investigaciones previas.
Un comentario sobre la relevancia del problema estudiado.
4.2. Objetivos, que deben ser:
Operativos (deben ofrecer la imagen de viabilidad de la investigación).
Jerarquizados (la exposición irá desde los objetivos más generales a los más
específicos).
Claros.
Muy explícitos. No se deben confundir con las actividades a desarrollar para
alcanzarlos.
4.3. Hipótesis, que debe:
Ser formulada a partir del planteamiento de objetivos.
Poder ser contrastada y refutada.5. Material y métodosLa exposición del apartado de material y métodos de trabajo debe dar respuesta a tres
cuestiones:
1. Cuál ha sido el material de estudio (ratones, muestras sanguíneas, enfermos,…);
2. Qué es lo que se quería evaluar; y
3. Cuáles han sido los criterios empleados para dicha evaluación.
Este apartado de material y métodos debe estar hecho de una manera muy precisa
para que el lector pueda reproducir o verificar el mismo trabajo. Probablemente, es
este apartado el que mejor permite juzgar el rigor científico y la credibilidad de un
trabajo científico.
Es preciso seguir un orden lógico en las descripciones, que es habitualmente el
cronológico. La utilización de gráficas y tablas puede facilitar a veces la descripción de
este apartado.
Este apartado debe incluir:
La descripción precisa y detallada del material de estudio (población de enfermos o
de personas sanas, los animales, las muestras de sangre, de orina o las líneas
celulares,…).
El diseño de la investigación , que ha de incluir:o La exposición del, si lo hubiera, procedimiento de manipulación experimental (diseño)
o El método de muestreo y la muestra resultante. La muestra debe ser representativa.
o Si la investigación es experimental, será preciso describir las manipulacionesrealizadas
sobre las variables.
La descripción de los métodos e instrumentos empleados . En este caso es preciso:
o Mostrar que el método de recogida de la información permite realizar lasmediciones
encaminadas a la consecución de los fines de la investigación.o Describir los instrumentos de medida.
o Dejar claro que los instrumentos de medida recogen las variables definidas en el
diseño.o Aportar datos sobre la validez y fiabilidad de los instrumentos.
6. ResultadosEste apartado tiene como finalidad proceder a la presentación de los resultados
obtenidos en el curso de la investigación. En este apartado deben ser
presentados todos los resultados de trabajo de investigación, pero únicamente los
resultados. La presentación tiene que:
Ser clara.
Ser sistemática.
Seguir una secuencia lógica.
Ser completa.
No repetir en el texto lo que aparezca en las tablas.
Ser coherente.
Resaltar las observaciones importantes.
Es muy importante que figure la información completa de todas las gráficas, tablas,
imágenes, etc. que sea preciso incorporar en este apartado de resultados (así como en
cualquier otra ubicación posible de dichos recursos dentro del trabajo).
7. DiscusiónEl apartado de discusión tiene como objetivo resaltar los aspectos nuevos e
importantes del estudio, pero también las limitaciones del estudio y las vías que se
pueden explorar en futuras investigaciones. De ahí que a la hora de proceder a su
redacción, es preciso:
No repetir detalladamente los datos obtenidos.
Hablar de las inferencias de los hallazgos y sus limitaciones.
Hablar de las deducciones para una investigación futura.
Relacionar las observaciones con otros estudios propios y/o de otros autores.8. ConclusionesLa finalidad de este apartado es mostrar las conclusiones derivadas de los aspectos
nuevos e importantes del estudio. De ahí que en la exposición de las conclusiones es
preciso tener en cuenta que las conclusiones:
deben derivar directamente de los resultados obtenidos; y
no se debe generalizar más allá de la población de estudio.9. Notas a pie de página o finalesSe deben utilizar para incluir:
pequeños comentarios y/o aclaraciones en aquellas partes del trabajo de investigación
que así lo requiera; y
las referencias bibliográficas abreviadas y precisas para cada una de las partes del
trabajo de investigación que así lo requieran. También se puede optar por incluir estas
referencias bibliográficas abreviadas en el texto de cada apartado del trabajo de
investigación, que así lo requiera.
Nota.- Es importante incluir las referencias bibliográficas completas de toda la
bibliografía citada a lo largo de todas las notas y/o del texto.10. BibliografíaEn este apartado es preciso incluir las referencias bibliográficas completas de todos los
documentos utilizados para la elaboración del trabajo de investigación y citados a lo
largo del trabajo. A la hora de confeccionar dichas referencias, es preciso tener en
cuenta que:
Se deben suministrar todos los datos que permitan recuperar la documentación.
Existen normas y recomendaciones específicas de los editores y editoriales que se
deben consultar a la hora de elaborar y presentar la bibliografía de un trabajo para su
publicación.
En el caso concreto del trabajo de investigación se valorará que figuren todos
los datos que han de estar presentes para poder recuperar adecuadamente
los documentos y las referencias bibliográficas de todos los documentos
citados, pero se deja libertad para elegir el formato de presentación de la
bibliografía.
A continuación, se indican cuáles son estos datos en los tres tipos fundamentales de
ocumentos que se pueden utilizar: 1) artículo de revista, 2) libros y 3) capítulos de
libros.
1) Artículo de revista:
Apellido e inicial del nombre del/los autor/es.
Año de publicación.
Título del artículo.
Nombre de la revista.
Número del volumen de la revista.
Número del fascículo, si lo hubiera.
Número de la página inicial y de la página final del artículo.
2) Libro:
Apellido e inicial del nombre del/los autor/es.
Año de edición.
Título del libro.
Número de edición (si no es una simple reedición y si no es la primera edición).
Lugar de edición.
Editorial.
3) Capítulo de libro:
Apellido e inicial del nombre del/los autor/es del capítulo.
Año de edición.
Título del capítulo (seguido de En:)
Apellido e inicial del nombre del/los editor/es o compilador/es o coordinador/es del
libro. (Seguido de la partícula ed. o coord.).
Título del libro.
Número de edición (si no es una simple reedición y si no es la primera edición).
Lugar de edición.
Editorial.
Número de la página inicial y número de la página final del capítulo.11. AgradecimientosEn este apartado deberían figurar los agradecimientos hacia todas las personas y/o
instituciones que han ayudado a la realización del trabajo.
DE INCANDESCENCIA:
Hay varios tipos de incandescencia: la primera es por combustión de alguna sustancia, ya sea sólida como una antorcha de madera, líquida como en una lámpara de aceite o gaseosa como en las lámparas de gas. La segunda es pasando una corriente eléctrica a través de un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes. Tanto de una forma como de otra, obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moléculas de aire o por radiaciones infrarrojas). En general los rendimientos de este tipo de lámparas son bajos debido a que la mayor parte de la energía consumida se convierte en calor.
Se denomina lámpara incandescente al dispositivo que produce luz mediante el calentamiento por efecto Joule de un filamento metálico, hasta ponerlo al rojo blanco, mediante el paso de corriente eléctrica. Se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule.
La lámpara incandescente es la más popular por su bajo precio y el color cálido de su luz. También es la que menor vida útil tiene, unas 1000 horas. No ofrece muy buena reproducción de los colores, ya que no emite en la zona de colores fríos. Su eficiencia es muy baja, ya que solo convierte en trabajo (luz visible) alrededor del 15% de la energía consumida. Otro 25% sera transformado en energía calorífica y el 60% restante en ondas no perceptibles (Luz ultravioleta e infrarroja) que acaban convirtiéndose en calor.
El componente principal de la lámpara incandescente es el filamento. Al pasar corriente a través de él, puede ser calentado como resistencia hasta volverse incandescente, manteniéndose en este estado por mucho tiempo.
Este filamento se fabrica en tungsteno, cuyo punto de fusión es alto: 3655 °K (grados Kelvin). Este filamento debe estar protegido en un medio que evite que se deteriore, lo cual se logra poniéndolo dentro de un bulbo, bombillo o ampolla de vidrio que este al vacío o con un gas inerte.
La duración de una lámpara incandescente viene determinada básicamente por la temperatura de trabajo del filamento. Mientras más alta sea esta, mayor será el flujo luminoso pero también la velocidad de evaporación del material que forma el filamento. Las partículas evaporadas, cuando entren en contacto con las paredes se depositarán sobre estas, ennegreciendo la ampolla. De esta manera se verá reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla. Pero, además, el filamento se habrá vuelto más delgado por la evaporación del tungsteno que lo forma y se reducirá, en consecuencia, la corriente eléctrica que pasa por él, la temperatura de trabajo y el flujo luminoso. Esto seguirá ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento. A este proceso se le conoce como depreciación luminosa.
La duración de las lámparas incandescentes está normalizada; siendo de unas 1000 horas para las normales, para las halógenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas para las especiales.
Las lámparas incandescentes están formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible. Para evitar que el filamento se queme en contacto con el aire, se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha hecho el vacío o se ha rellenado con un gas. El conjunto se completa con unos elementos con funciones de soporte y conducción de la corriente eléctrica y un casquillo normalizado que sirve para conectar la lámpara a la luminaria.
Existen dos tipos de lámparas incandescentes: las que contienen un gas halógeno en su interior y las que no lo contienen:
- Lámparas no halógenas
Entre las lámparas incandescentes no halógenas podemos distinguir las que se han rellenado con un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vacío en su interior. La presencia del gas supone un notable incremento de la eficacia luminosa de la lámpara dificultando la evaporación del material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento. Las lámparas incandescentes tienen una duración normalizada de 1000 horas, una potencia entre 25 y 2000 W y unas eficacias entre 7.5 y 11 lm/W para las lámparas de vacío y entre 10 y 20 para las rellenas de gas inerte. En la actualidad predomina el uso de las lámparas con gas, reduciéndose el uso de las de vacío a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con potencias de hasta 40 W.
- Lámparas halógenas de alta y baja tensión
En las lámparas incandescentes normales, con el paso del tiempo, se produce una disminución significativa del flujo luminoso. Esto se debe, en parte, al ennegrecimiento de la ampolla por culpa de la evaporación de partículas de wolframio del filamento y su posterior condensación sobre la ampolla.Agregando una pequeña cantidad de un compuesto gaseoso con halógenos (cloro, bromo o yodo), normalmente se usa el CH2Br2, al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de regeneración del halógeno que evita el ennegrecimiento. Cuando el tungsteno (W) se evapora se une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2). Como las paredes de la ampolla están muy calientes (más de 260 ºC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso. Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento, que está muy caliente, se descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno. Y así, el ciclo vuelve a empezar
El funcionamiento de este tipo de lámparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda realizarse el ciclo del halógeno. Por eso, son más pequeñas y compactas que las lámparas normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con los dedos para evitar su deterioro.
Tienen una eficacia luminosa de 22 lm/W con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a 2000W) según el uso al que estén destinadas.
DE DESCARGA
Las lámparas de descarga son fuentes luminosas que producen luz mediante una descarga eléctrica en gases o vapores metálicos presentes en el interior de la ampolla.
Para encender las lámparas de descarga se requiere de un dispositivo llamado reactancia o balasto, que produce el encendido con un alto voltaje inicial y luego disminuye la energía eléctrica al nivel operativo normal. Los balastos
electromagnéticos son los tradicionales de filamentos de cobre, que ya están siendo reemplazados por balastos electrónicos.
Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado (vapor de mercurio o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión). Las propiedades varían mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros.
Lámparas de vapor de mercurio Baja presión Lámparas fluorescentes
Las fluorescentes son lámparas de descarga de baja presión en forma de tubo, rellenas en su interior de vapor de mercurio. A través de la descarga eléctrica, se emite una radiación UV invisible que se convierte en luz gracias al polvo fluorescente. La radiación ultravioleta generada por la descarga de mercurio se convierte en luz visible por los fluorescentes que se encuentran en la pared interior del depósito de descarga. Mediante distintos fluorescentes se consiguen una serie de colores de luz y distintas calidades de reproducción cromática.
La lámpara fluorescente posee generalmente electrodos calentados y puede así encenderse con tensiones en comparación bajas. Las lámparas fluorescentes requieren de balastos, reactancias o reactancias electrónicas.
Ventajas
Consumo de corriente hasta tres veces menor que la de una lámpara incandescente
Los colores son más fieles al color real. La emisión de luz es de 4 a 6 veces mayor que la de una lámpara
incandescente de la misma potencia Provee una luz más uniforme y menos deslumbrante, porque el área de
iluminación es mayor Calentamiento reducido Duración promedio de vida es de 7500 horas en condiciones normales.
La lámpara fluorescente está compuesta de un tubo de vidrio que está revestido por su parte interior con una sustancia fluorescente. Dentro del tubo hay gases y
vapor de mercurio a baja presión. Este tubo tiene, en sus dos extremos, un filamento y un electrodo sensor.
Existen lámparas fluorescentes en diversos formatos: tubulares, circulares y en forma de "U", así como lámparas fluorescentes compactas.
Las lámparas fluorescentes compactas que por la combinación de varios depósitos de descarga cortos o de un depósito de descarga doblado alcanzan dimensiones especialmente compactas. Las lámparas fluorescentes compactas se sujetan y conectan en el portalámparas de un solo lado.
Alta presión: Lámparas de vapor de mercurio a alta presión
A medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde 546.1 nm y amarillo 579 nm).
En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones rojas. Para resolver este problema se acostumbra a añadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las características cromáticas de la lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con índices de rendimiento en color de 40 a 45 normalmente. La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación se establece en unas 8000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para una misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible.
Los modelo más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido entre 150 y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares. Para encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos principales. A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos, caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos momentos se apagara la lámpara no sería posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio haría necesaria una tensión de ruptura muy alta.
Lámpara de mercurio a alta presión
Lámparas de luz de mezcla
Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente y habitualmente, un recubrimiento fosforescente. El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del mercurio, del espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia.
Estas lámparas ofrecen una buena reproducción del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K.
La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo. Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos causas. Por un lado tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En general, la vida media se sitúa en torno a las 6000 horas.
Lámpara de luz de mezcla
Una particularidad de estas lámparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento actúa como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para sustituir las lámparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones.
Lámparas con halogenuros metálicos
Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lámpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio).
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y su vida media es de unas 10000 horas. Tienen un periodo de encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta que se estabiliza la descarga. Para su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V).
Lámpara con halogenuros metálicos
Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc.
Lámparas de vapor de sodio Lámparas de vapor de sodio a baja presión
La descarga eléctrica en un tubo con vapor de sodio a baja presión produce una radiación monocromática característica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 589.6 nm) muy próximas entre sí. La radiación emitida, de color amarillo, está muy próxima al máximo de sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lámparas es muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual, además de una buena percepción de contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la
reproducción de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores de los objetos.
La vida media de estas lámparas es muy elevada, de unas 15000 horas y la depreciación de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida útil es de entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y las ventajas visuales que ofrece la hacen muy adecuada para usos de alumbrado público, aunque también se utiliza con finalidades decorativas. En cuanto al final de su vida útil, este se produce por agotamiento de la sustancia emisora de electrones como ocurre en otras lámparas de descarga.
Lámpara de vapor de sodio a baja presión
En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las pérdidas por calor y reducir el tamaño de la lámpara. Está elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le practican unas pequeñas hendiduras para facilitar la concentración del sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible. El tubo está encerrado en una ampolla en la que se ha practicado el vacío con objeto de aumentar el aislamiento térmico. De esta manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del tubo (270 ºC).
El tiempo de arranque de una lámpara de este tipo es de unos diez minutos. Es el tiempo necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neón y argón) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz. Físicamente esto se corresponde a pasar de una luz roja (propia del neón) a la amarilla característica del sodio. Se procede así para reducir la tensión de encendido.
o Lámparas de vapor de sodio a alta presión
Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.
Las consecuencias de esto es que tienen un rendimiento en color (Tcolor= 2100 K) y capacidad para reproducir los colores mucho mejores que la de las lámparas a baja presión (IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80 ). No obstante, esto se consigue a base de sacrificar eficacia; aunque su valor que ronda los 130 lm/W sigue siendo un valor alto comparado con los de otros tipos de lámparas.
La vida media de este tipo de lámparas ronda las 20000 horas y su vida útil entre 8000 y 12000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara, además de mencionar la depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensión de encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento.
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000 ºC), la presión y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas térmicas. El tubo está rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de encendido de estas lámparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve.
Lámpara de vapor de sodio a alta presión
Este tipo de lámparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminación de interiores como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminación de naves industriales, alumbrado público o iluminación decorativa.
LED
El LED es un diodo emisor de luz, es decir, un dispositivo semiconductor que emite luz cuando circula por la corriente eléctrica; es un proyector electroluminiscente que emite luz mediante la recombinación de los pares de portadores de carga de un semiconductor.
Led deviene de las siglas en inglés Light Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz. La luz no se genera a través de un filamento incandescente sino por electroluminiscencia. Esto significa que se liberan fotones (luz) debido a electrones que cambian de nivel de energía durante su desplazamiento por el material semiconductor (diodo).
Ventajas:
Elevada resistencia física: elementos 100% sólidos, resisten golpes y vibraciones mucho mejor que lámparas convencionales.
Mayor duración, por no depender de que el filamento se queme Elevada eficiencia de conversión de la electricidad entrante hacia la energía
luminosa: mientras el rendimiento energético de una bombilla de tungsteno es del 10%, los diodos LED aprovechan hasta el 90%.
Con el equivalente a una bombilla de tungsteno se pueden construir aproximadamente 10 LEDs.
Si algún LED se rompe es posible reemplazarlo Baratos y fáciles de fabricar Larga vida útil: Hasta 100.000 horas de vida útil comparado con 8000 horas de
una lámpara convencional. Pueden emitir hasta 16 millones de colores distintos. No emiten radiaciones infrarrojas y/ o ultravioletas. Muy importante para la
iluminación de obras de arte, donde habitualmente la radiación deteriora el objeto a iluminar.
No explotan No contaminan ni poseen elementos contaminantes No emiten calor, por lo que son muy adecuados iluminar objetos inflamables y
ahorrar energía necesaria para regular la temperatura ambiental.
Resisten bien las variaciones en temperatura por lo cual son adecuados para iluminación de exteriores.
Reducido tamaño: pocos milímetros cúbicos. Elevado tiempo de respuesta: su velocidad de transmisión permite utilizarlos en
los displays alfanuméricos o en aplicaciones de telecomunicación por aire o por fibra óptica.
Funcionan con corriente continua, por lo que se reducen los riesgos de manipulación y electrocución por descuido.
Muy adecuado para aplicaciones en zonas con elevada afluencia de público: centros comerciales, discotecas, teatros, discotecas, etc.
En este artículo describo en modo detallado como construir un Driver para LEDS
de alta potencia analizando muchas cuestione relacionadas con este tipo de
dispositivo.
Todos los artículos que he publicado hasta ahora sobre el tema leds, hacen
referencia a los leds de alta luminosidad comunes, es decir, aquellos que trabajan
con corrientes de 20mA y con potencias bastante bajas, entre los 0,03 y 0,08 Watt
(según la tensión característica de cada modelo).
Después del descubrimiento de los materiales que permitieron desarrollar los leds
blancos, la posibilidad de usarlos en iluminación ha impulsado los fabricantes a
desarrollar modelos más y más potentes cada día. Aunque si todavía los leds no
son en grado de reemplazar en todos los casos las lámparas comunes, esta meta
está muy cercana.
Spot de 12V con led único de 5 Watt
Lamentablemente estos resultados obtenidos no son indoloros: los leds son
componentes muy delicados y poco resistentes a condiciones de trabajo poco
amigables. El deseo de los fabricantes de leds de ofrecer una alternativa
conveniente a las lámparas con filamento, impulsan estos a producir modelos que
trabajan al límite de sus posibilidades.
Por lo tanto, cuando trabajamos con ellos, conviene prestar mucha atención al
"tratamiento" que les damos. Dos son las condiciones fundamentales que es
necesario tener presentes: la corriente que pasa por el led y la temperatura que
disipa. A diferencia de las lámparas con filamento que no sufren particularmente la
alta temperatura (el filamento para dar luz necesita calentarse), en los leds, la luz
se produce directamente por el pasaje de la electricidad y por lo tanto el calor es
un fenómeno secundario y no deseado (como sucede con todos los
semiconductores). La temperatura reduce la eficiencia del led, lo hace envejecer y
un exceso de ella lo puede dañar o reducir su vida útil. Recuerdo a los lectores que
los leds no son eternos, con el tiempo, su eficiencia luminosa disminuye
progresivamente y, generalmente, se considera un led al final de su vida útil
cuando la luz que emite es del 50% menor respecto a la luz producida cuando es
nuevo. Por suerte esto ocurre después de miles de horas de uso (en algunos casos
más de 50.000 horas).
Led de 5 Watts
Volviendo al tema de la corriente, con los leds comunes de 20mA ad alta
luminosidad, el modo más simple y económico para regular la corriente es usar
una resistencia como hemos visto en la mayor parte de los artículos anteriores.
Con leds de mayor potencia, aunque si en línea teórica es posible continuar a usar
resistencias, se presentan dos problemas: el primero es el exceso de potencia (y
calor) que se desarrolla en las resistencias, el segundo problema es debido a que
la tolerancia de los componentes y de la tensión de alimentación puede llevar la
corriente a valores que puedan dañar o hacer envejecer prematuramente los leds.
El panorama de los leds de alta potencia es muy complejo y variable. Para
aumentar la potencia muchas veces los fabricantes construyen leds compuestos
por varios leds más simples colocados en el mismo substrato (conectados en serie
y en paralelo). De cualquier manera, con los leds de potencia simples y tensión de
umbral entre 3V y 3,6V, existen dos valores de corriente bastante usados: 300mA
y 600mA, estamos hablando de leds de 1 Watt y de 2 Watt respectivamente.
Sin necesidad de saber como están construidos, a nosotros nos basta
fundamentalmente conocer la corriente que necesitan y en modo menos preciso,
la tensión de umbral en modo tal de usar una tensión más alta para que el led se
encienda.
Led Luxeon de 1 Watt
Generalmente existen dos modos para alimentar los leds de alta potencia: la
regulación de la corriente serie o a través del uso de convertidores DC-DC
switching ("buck converter" o "boost converter" en base a la configuración).
Aunque si los convertidores DC-DC son mucho más eficientes en materia de
rendimiento (90% o más), su realización es más compleja y requiere muchos
componentes no tan fáciles de encontrar como por ejemplo las bobinas que sirven
para generar la tensión de salida. Otro defecto de los convertidores DC-DC es la
vida útil que muchas veces es más breve respecto a los leds que alimentan.
Privilegiando por ahora la solución más fácil de hacer, en este artículo describiré
un sistema del primer tipo, es decir, un regulador serie de corriente. El proyecto es
realmente simple y está pensado para ser usado en modo autónomo o conectado a
un sistema de control variable del tipo PWM que describiré en un próximo artículo.
El modelo propuesto
Los reguladores de corriente se pueden hacer de diferentes maneras: con
transistores, con mosfet de potencia o con reguladores lineales de tensión
conectados en modo particular. Todos usan el mismo principio de funcionamiento:
una resistencia de bajo valor en serie con el led (generalmente llamada shunt) que
"mide" la corriente que pasa por ella y controla el circuito que regula la corriente.
El modelo que les propongo usa un mosfet de canal N como regulador porque lo
considero el más eficiente y al mismo tiempo simple de hacer. Para los que no
tienen disponible en el cajón de componentes un mosfet de canal N de potencia, se
puede usar también un transistor NPN de potencia manteniendo el mismo circuito
impreso. Aunque si el resultado es menos eficiente nos puede sacar de apuros. El
circuito es una típica fuente de corriente constante y es realmente simple de
hacer.
¿Como funciona?
El "gate" del mosfet recibe una tensión positiva a través de la resistencia de 47K y
por lo tanto conduce. Esta conducción enciende el led y produce una caída de
tensión sobre la resistencia en serie con el led. Si la corriente aumenta, también
aumenta la caída de tensión y si supera la tensión de umbral de la base del
transistor, este último, empieza a conducir disminuyendo la tensión de gate del
mosfet y reduciendo de consecuencia la corriente sobre el led (realimentación
negativa). Por lo tanto, la corriente sobre el led depende del valor de la resistencia
en serie. El defecto de este circuito es que parte de la potencia consumida se
pierde en forma de calor en el mosfet. Por lo tanto, es necesario agregarle un
disipador térmico.
Diseño del circuito impreso y vista pictórica del driver propuesto
Potencia disipada en el mosfet y rendimiento general
La potencia disipada en el mosfet depende de la tensión que cae sobre este y de la
corriente que hacemos pasar para alimentar al led. Por lo tanto, podemos mejorar
la eficiencia del circuito disminuyendo la tensión de alimentación.
Hagamos un ejemplo sobre este punto. Si conectáramos un led de 3V y 600mA (2
Watt) a nuestro circuito alimentado por 12V, el mosfet disipará:
Pfet = (Vpower - Vled - Vres) * Iled = (12V - 3V - 0,6V) * 0,6A = 5 Watt
Si usáramos en vez una alimentación de 9V:
Pfet = (Vpower - Vled - Vres) * Iled = (9V - 3V - 0,6V) * 0,6A = 3,24 Watt
Como podemos ver, la potencia disipada por el mosfet en el segundo caso se
reduce bastante. Además, en el primer caso con 12V, el rendimiento del circuito es
muy bajo porque de los 7,3 Watt que consume, 5 Watt se pierden en forma de
calor sobre el mosfet. De cualquier manera, no siempre se dispone de la tensión
justa para reducir la potencia disipada por el mosfet. Si tenemos disponibles
solamente 12V podemos mejorar el sistema conectando 2 o 3 leds en serie
(dependiendo de la tensión de cada uno). Por ejemplo, usando 3 leds de 3V y
600mA:
Pfet = (Vpower - Vled1-Vled2-Vled3-Vres) * Iled = (12V-3V-3V-3V-0,6V) * 0,6A =
1,44 Watt
Es decir, casi todo el consumo del circuito es usado por los leds mientras que una
mínima parte se pierde en el mosfet. La conclusión es simple: conviene alimentar
el circuito con una tensión poco superior a la suma de las tensiones de umbral de
los leds conectados.
El driver controlando un led de 1 Watt
La pregunta surge natural: ¿Cuanto poco superior? Bien, si la tensión de
alimentación fuera igual a la suma de las tensiones de umbral de los leds
conectados el circuito dejaría de funcionar porque el mosfet no es un componente
ideal y un mínimo de tensión cae sobre él. A esto se le suma la tensión de 0,6V que
cae sobre la resistencia en serie y que permite de regular la corriente. He hecho
pruebas directamente con el circuito propuesto y la tensión mínima necesaria para
que funcione correctamente es de 2,5V por encima de la tensión del led (o de los
leds conectados en serie). Para mayor seguridad aconsejo 3V.
¿Como regulamos la corriente?
Como hemos dicho, la corriente que obtenemos para alimentar el led depende
solamente del valor de la resistencia en serie y su valor se puede calcular a través
de esta sencilla fórmula:
R = 0,6V / Iled
Si por ejemplo, quisiéramos hacer pasar una corriente por nuestro led (o leds) de
0,3A (o 300mA) :
R = 0,6V / 0,3A = 2 ohm
Si quisiéramos hacer pasar una corriente por nuestro led (o leds) de 0,6A (o
600mA) :
R = 0,6V / 0,6A = 1 ohm
Corriente (en Amperes) entregada por el driver con una resistencia de 1,8 Ohms
Debido a las pequeñas tolerancias de los componentes, la corriente real puede ser
ligeramente diferente. Por ejemplo, en el prototipo, para obtener la corriente de
0,3A he debido conectar una resistencia de 1,8 ohm en lugar de una de 2 ohm. Por
el hecho que en comercio muchos valores intermedios de resistencia no existen,
puede ser necesario aproximar el valor manualmente conectando resistencias en
serie y en paralelo.
¿Cuanto disipa la resistencia?
La resistencia en serie disipa bastante poco. Por ejemplo en nuestro caso de 0,6A:
Pres = I * Vres = 0,6A * 0,6V = 0,36 Watt
Para tener un buen margen de trabajo con distintos valores de corriente yo sugiero
de conectar una resistencia de 1Watt (o menor en el caso de 2 o más resistencias
conectadas para aproximar el valor justo de corriente).
¿Que potencia máxima podemos controlar?
Diagrama pictórico de conexión del driver a dos leds de 1 Watt cada uno.
En realidad, nuestro circuito puede trabajar con corrientes mucho más elevadas de
los ejemplos que hemos presentado (5A o más) aunque si será necesario
considerar algunos aspectos:
1. reducir al mínimo indispensable la tensión de alimentación del circuito (solamente
3V por encima de Vled)
2. usar una resistencia en serie de potencia adecuada
3. agregar al mosfet un disipador que sea en grado de mantener la temperatura "bajo
control"
La versión con transistor de potencia
Versión del driver que usa un transistor de potencia en lugar del mosfet.
Con el mismo principio de funcionamiento, podemos reemplazar el mosfet con un
transistor NPN de potencia. El resultado obtenido es de calidad inferior porque el
transistor necesita bastante más corriente de base respecto al mosfet y también
porque la caída de tensión colector-emisor mínima es mayor por lo que será
necesario alimentarlo con una tensión un poco más alta respecto a los 3V por
encima de la Vled necesarios con el mosfet. De cualquier manera el sistema
funciona y nos puede resolver el problema en caso de apuros.
Versión con un transistor NPN BD911 y disipador hecho con un perfil de aluminio.
Reemplazando componentes
Se puede usar cualquier tipo de Mosfet de canal N que sea en grado de manejar la
corriente necesaria para alimentar los leds. Quizás sea mejor elegir un modelo con
encapsulado TO220 para mantener el proyecto del circuito impreso sin necesidad
de introducir variaciones. Lo mismo ocurre en el caso de la versión con transistor,
cualquier transistor de potencia con una buena ganancia en continua (HFE) y
también con encapsulado TO220 puede reemplazar el mosfet. Recuerden que en el
caso del transistor será necesario cambiar la resistencia de 47K por una de un
valor mucho menor, por ejemplo 470 ohms.
Versión con un transistor NPN BD911 y disipador hecho con un perfil de aluminio.
En el prototipo he usado un disipador comercial. Si no se dispone de uno así se
puede construir uno con una perfil rectangular de aluminio como se observa en la
fotografía. No será tan eficiente pero de cualquier manera nos resuelve el
problema.
La entrada de control
Una cosa bastante interesante del circuito propuesto consiste en la posibilidad de
controlar la intensidad luminosa a través de la entrada de control indicada en los
diseños. El control debe ser del tipo PWM (modulación por ancho de impulso),
bastante simple de hacer con un micro y con un adaptador de niveles como por
ejemplo un transistor. En un próximo artículo explicaré como construir uno.
Versión con el mosfet de canal N tipo IRF530 y disipador comercial.
Para terminar les cuento que con 3 de estos drivers he construido un Controlador
RGB para leds de alta potencia que los invito a ver.
¡Hasta la próxima!
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexión a la red eléctrica a las lámparas. Como esto no basta para que cumplan eficientemente su función, es necesario que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y eléctricas entre otras.
A nivel de óptica, la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz emitida por la lámpara. Es importante, pues, que en el diseño de su sistema óptico se cuide la forma y distribución de la luz, el rendimiento del conjunto lámpara-luminaria y el deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios. Otros requisitos que debe cumplir las luminarias es que sean de fácil instalación y mantenimiento. Para ello, los materiales empleados en su construcción han de ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la temperatura de la lámpara dentro de los límites de funcionamiento. Todo esto sin perder de vista aspectos no menos importantes como la economía o la estética.
Clasificación
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo más común es utilizar criterios ópticos, mecánicos o eléctricos.
Clasificación según las características ópticas de la lámpara
Una primera manera de clasificar las luminarias es según el porcentaje del flujo luminoso emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la lámpara. Es decir, dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo. Según esta clasificación se distinguen seis clases.
Directa Semi-directa
General difusa
Directa-indirecta
Semi-indirecta
Indirecta
Clasificación CIE según la distribución de la luz
Otra clasificación posible es atendiendo al número de planos de simetría que tenga el sólido fotométrico. Así, podemos tener luminarias con simetría de revolución que tienen infinitos planos de simetría y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de planos (por ejemplo un proyector o una lámpara tipo globo), con dos planos de simetría (transversal y longitudinal) como los fluorescentes y con un plano de simetría (el longitudinal) como ocurre en las luminarias de alumbrado viario.
Luminaria con infinitos planos de simetría
Luminaria con dos planos de simetría
Luminaria con un plano de simetría
Para las luminarias destinadas al alumbrado público se utilizan otras clasificaciones.
Clasificación según las características mecánicas de la lámpara
Las luminarias se clasifican según el grado de protección contra el polvo, los líquidos y los golpes. En estas clasificaciones, según las normas nacionales (UNE 20324) e internacionales, las luminarias se designan por las letras IP seguidas de tres dígitos. El primer número va de 0 (sin protección) a 6 (máxima protección) e indica la protección contra la entrada de polvo y cuerpos sólidos en la luminaria. El segundo va de 0 a 8 e indica el grado de protección contra la penetración de líquidos. Por último, el tercero da el grado de resistencia a los choques.
Clasificación según las características eléctricas de la lámpara
Según el grado de protección eléctrica que ofrezcan las luminarias se dividen en cuatro clases (0, I, II, III).
Clase Protección eléctrica0 Aislamiento normal sin toma de tierraI Aislamiento normal y toma de tierraII Doble aislamiento sin toma de tierra.
IIILuminarias para conectar a circuitos de muy baja tensión, sin otros circuitos internos o externos que operen a otras tensiones distintas a la mencionada.
Otras clasificaciones
Otras clasificaciones posibles son según la aplicación a la que esté destinada la luminaria (alumbrado viario, alumbrado peatonal, proyección, industrial, comercial, oficinas, doméstico...) o según el tipo de lámparas empleado (para lámparas incandescentes o fluo
http://recursos.citcea.upc.edu/llum/lamparas/luminar1.html