INSTALACIÓN DE UNA LÁMPARA DE VAPOR DE MERCURIO ALTA PRESIÓN

Transcripción

1 PRÁCTICA Nº 4 INSTALACIÓN DE UNA LÁMPARA DE VAPOR DE MERCURIO ALTA PRESIÓN Constitución Fig. 1 Detalles de la lámpara de vapor de mercurio alta presión En el interior de la ampolla de vidrio, se encuentra situado un tubo de cuarzo. En cada extremo de éste tubo hay unos electrodos de volframio; uno principal que está impregnado de material emisivo de electrones, y otro auxiliar de encendido. Éste último conectado a través de una resistencia de alto valor. También existen en el interior del tubo de cuarzo, unos cuantos miligramos de mercurio, en una atmósfera de argón, con objeto de facilitar el arranque de la lámpara. La ampolla exterior, sirve de soporte al tubo de descarga y cumple una doble función: Proporciona un aislamiento térmico. Evita la oxidación de las partes metálicas. En la cara interior, la ampolla está recubierta de una sustancia fluorescente (vanadato de itrio), la cual permite activar las radiaciones ultravioletas, convirtiéndolas en radiaciones rojas. De esta forma, estas radiaciones se suman con las del propio vapor de mercurio, dando lugar a una luz mucho más cálida. Prf. Dr. José Andrés Sancho Llerandi Página 1 de 9

2 El espacio comprendido entre la ampolla y el tubo de descarga, se encuentra ocupado por un gas neutro a presión inferior a la atmosférica, evitando la formación de arcos eléctricos entre las partes metálicas que se encuentran en el interior de la ampolla. Funcionamiento: En el instante en que se conecta la lámpara, se produce una descarga entre el electrodo principal y el auxiliar de encendido, los cuales se encuentran suficientemente próximos. Esta descarga inicial ioniza el argón, por lo que se produce un plasma conductor que hace disminuir la resistencia del espacio comprendido entre los electrodos principales. Cuando esto sucede, la corriente se establece entre los electrodos principales, siendo nula la que circula a través de la resistencia que está conectada al electrodo auxiliar, el cual deja de actuar. Como consecuencia del calor desprendido en el interior del tubo, se vaporiza el mercurio, que se convierte en elemento conductor en la descarga. A medida que aumenta la presión en el tubo, aumenta la presión del vapor de mercurio, con lo que aumenta la potencia y el flujo luminoso hasta que se alcanza los valores nominales. Lo anterior supone un tiempo de arranque de unos cinco minutos, a partir del momento en que se conecta la lámpara. Cuando la lámpara se desconecta de la red, no puede conectarse de nuevo hasta que no ha transcurrido el tiempo que permita que se enfríe. Este tiempo suele ser también de unos cinco minutos. Esto es debido a que se tiene que producir una disminución de la presión en el tubo, para que pueda dar lugar a la descarga inicial. La descarga en la lámpara representa una resistencia negativa, ya que a medida que se incrementa la temperatura disminuye la resistencia. Para que no se produzca un cortocircuito, es necesaria la instalación de un elemento limitador de corriente. A temperaturas superiores a los - 15 ºC, la tensión que se requiera para el arranque es inferior a los 200 V, con eso se garantiza su funcionamiento si se conectan a redes de 240 V. Prf. Dr. José Andrés Sancho Llerandi Página 2 de 9

3 Elementos necesarios para la instalación en el laboratorio. Nº Módulo Denominación Aparato 1 (*) e.1 Interruptor magnetotérmico 2 (*) i.1 Interruptor diferencial 3 l.1 Lámpara incandescente 4 l.2 Lámpara incandescente 5 l.3 Lámpara incandescente 6 l.4 Lámpara fluorescente 7 (*) l.5 Lámpara vapor mercurio 8 a.1 Conmutador simple 9 a.2 Conmutador cruzamiento 10 a.3 Conmutador cruzamiento 11 (*) a.4 Conmutador simple 12 s.1 Cebador (Lámpara Fluorescente 13 r.1 Balasto (Lámpara Fluorescente) 14 (*) r.2 Balasto (Lámpara vapor de mercurio) 15 (*) k.1 Condensador (*) Módulos que se precisan para la instalación. Prf. Dr. José Andrés Sancho Llerandi Página 3 de 9

4 Esquema de instalación Fig. 2 Esquema de instalación de una lámpara de vapor de mercurio alta presión accionada desde un punto. Función que desempeñan los distintos aparatos en el circuito e.1 Interruptor magnetotérmico. Aparato de protección de la instalación contra sobreintensidades, las cuales pueden tener dos orígenes; o por sobrecargas o por cortocircuitos. (Este aparato solo será accionado por el personal docente). i.1 Interruptor diferencial. Aparato de seguridad encargado de proteger a los usuarios que manejan la instalación. Protege contra los contactos directos e indirectos (Se coloca siempre después del interruptor magnetotérmico). a.4 Conmutador simple. Aparato de maniobra compuesto de un contacto abierto (2) y otro cerrado (2), y una borna común (1). Permite la apertura y cierre del circuito que alimenta la lámpara. r.2 Balasto o reactancia. Constituido por una reactancia con núcleo de hierro. Tiene como misión limitar la corriente que absorbe la lámpara. k.1 Condensador. Su misión es corregir el factor de potencia de la instalación. Sin que influya en el funcionamiento de la lámpara. l.5 Lámpara de vapor de mercurio alta presión. Lámpara de 80 W. Prf. Dr. José Andrés Sancho Llerandi Página 4 de 9

5 PRÁCTICA Nº 5 INSTALACIÓN DE UNA LÁMPARA FLUORESCENTE (VAPOR DE MERCURIO BAJA PRESIÓN) Las lámparas fluorescentes son fuentes de descarga en atmósfera de vapor de mercurio a baja presión, en las que la luz se genera por el fenómeno de fluorescencia. Este fenómeno consiste en que determinadas sustancias, al ser excitadas por la radiación ultravioleta de onda corta (253,7 nm) del vapor de mercurio a baja presión, presentan la propiedad de transformar esta radiación, en otras radiaciones dentro del espectro visible. Esta radiación luminosa dura sólo mientras persiste la excitación. Constitución Las lámparas fluorescentes corrientes están constituidas por un tubo de vidrio de distintos diámetros y longitudes, según la potencia de la lámpara, recubierto en su cara interna por una capa de sustancia fluorescente. En cada extremo del tubo se encuentra fundido un soporte con una espiral doble o triple de volframio (electrodo) impregnada de pasta emisora de electrones y protegida por medio de una pantalla metálica. El interior del tubo contiene gas argón, a baja presión, y unas gotas de mercurio puro, de muy pocos miligramos Funcionamiento Una vez conectada la lámpara, los electrodos se ponen en estado de incandescencia y comienzan a emitir una nube electrónica alrededor de la pasta que los recubre. Al producirse un pico de tensión, se produce una descarga entre los dos electrodos que se encuentran situados en ambos extremos del tubo debido al gas noble a baja presión, que actúa como conductor. Esta descarga produce suficiente cantidad de calor para que se evapore el mercurio, con lo que éste se convierte en conductor. Los electrones que se emiten entre los dos electrodos chocan con los átomos de mercurio evaporado, dando lugar a un desplazamiento de los electrones de estos átomos a niveles energéticos más altos. Estos desplazamientos de los electrones dan lugar a unas radiaciones ultravioletas. Estas radiaciones al Fig chocar con la capa fluorescente del tubo la excitan, y dan lugar a una radiación de mayor longitud de onda, la cual entra dentro del espectro visible Prf. Dr. José Andrés Sancho Llerandi Página 5 de 9

6 Equipo auxiliar de conexión Las lámparas fluorescentes, al igual que el resto de las fuentes luminosas basadas en las descargas en el seno de gas, requieren para su funcionamiento un equipo auxiliar constituido por limitadores de corriente, así como un mecanismo de arranque. En la forma más usual de instalación, la lámpara fluorescente está conectada a través de una reactancia o balasto, cuya función es doble; por un lado limitar la corriente que circula por la lámpara, y por otro proporcionar el pico de tensión necesario para que se produzca el arranque. El balasto se combina con un cebador para crear la tensión necesaria para el arranque. El cebador más normal está constituido por una ampolla de vidrio en cuyo interior se encuentran dos electrodos, uno de los cuales o los dos son láminas bimetálicas capaces de deformarse por la acción del calor. En el interior de la ampolla existe un gas noble, neón. Al conjunto se conecta en paralelo un condensador, con objeto de mejorar el factor de potencia de la instalación El cebador se conecta en serie con los electrodos de la lámpara y con el balasto, funcionando el sistema como sigue: Al establecerse la conexión se produce una descarga entre las laminas del cebador a través del neón, esta descarga las calienta lo suficiente para que se deformen y se pongan en contacto, cerrando así el circuito a través de los electrodos y el balasto. La corriente al circular por los electrodos los pone en estado Fig incandescente con lo que se produce a su alrededor una nube electrónica, debido a la capa emisora que los rodea. Al mismo tiempo, el balasto adquiere una energía que queda almacenada en forma de campo electromagnético. Al cabo de un cierto tiempo, las laminillas del cebador se enfrían y se separan, con lo que el balasto cede la energía que poseía de golpe creando entre los electrodos un pico de tensión que provoca la descarga, la cual se ve facilitada por la nube electrónica que rodea los electrodos. Una vez que se ha iniciado la descara en el tubo, el cebador queda fuera de servicio. Características En las lámparas fluorescentes, el flujo máximo se alcanza a una temperatura de 20 ºC, manteniéndose en un margen de +5 a +30 ºC, con porcentaje de Prf. Dr. José Andrés Sancho Llerandi Página 6 de 9

7 pérdidas relativamente bajo. Si la temperatura se encuentra fuera de los anteriores límites, las pérdidas aumentarán de forma considerable. Esto también afecta al encendido, que fuera de los límites de temperaturas anteriores, hace que la lámpara arranque con dificultad. Las lámparas fluorescentes proporcionan una gama de colores que satisfacen las necesidades en iluminación de interiores, además de ser económicas, debido a su alto rendimiento luminoso. En cuanto a su vida útil se estima que, con períodos de funcionamiento diarios de unas tres horas por cada encendido, alcanza unas horas. Si doblamos el tiempo de funcionamiento por cada encendido la vida útil de la lámpara se incrementa en un 20%. Elementos necesarios para la instalación en el laboratorio. Nº Módulo Denominación Aparato 1 (*) e.1 Interruptor magnetotérmico 2 (*) i.1 Interruptor diferencial 3 l.1 Lámpara incandescente 4 l.2 Lámpara incandescente 5 l.3 Lámpara incandescente 6 (*) l.4 Lámpara fluorescente 7 l.5 Lámpara vapor mercurio 8 a.1 Conmutador simple 9 a.2 Conmutador cruzamiento 10 a.3 Conmutador cruzamiento 11 (*) a.4 Conmutador simple 12 (*) s.1 Cebador (Lámpara Fluorescente 13 (*) r.1 Balasto (Lámpara Fluorescente) 14 r.2 Balasto (Lámpara vapor de mercurio) 15 (*) k.1 Condensador (*) Módulos que se precisan para la instalación. Prf. Dr. José Andrés Sancho Llerandi Página 7 de 9

8 Esquema de instalación Fig. 3 Esquema de instalación de una lámpara de vapor de mercurio alta presión accionada desde un punto. Función que desempeñan los distintos aparatos en el circuito e.1 Interruptor magnetotérmico. Aparato de protección de la instalación contra sobreintensidades, las cuales pueden tener dos orígenes; o por sobrecargas o por cortocircuitos. (Este aparato solo será accionado por el personal docente). i.1 Interruptor diferencial. Aparato de seguridad encargado de proteger a los usuarios que manejan la instalación. Protege contra los contactos directos e indirectos (Se coloca siempre después del interruptor magnetotérmico). a.4 Conmutador simple. Aparato de maniobra compuesto de un contacto abierto (2) y otro cerrado (2), y una borna común (1). Permite la apertura y cierre del circuito que alimenta la lámpara. r.1 Balasto o reactancia. Constituido por una reactancia con núcleo de hierro. Tiene como misión limitar la corriente que absorbe la lámpara. s.1 Cebador. Elemento necesario para el funcionamiento de la lámpara, en el momento de arranque. En combinación con la reactancia crea un pico de tensión que permite que se produzca la descarga entre los electrodos de los extremos de la lámpara. Prf. Dr. José Andrés Sancho Llerandi Página 8 de 9

9 k.1 Condensador. Su misión es corregir el factor de potencia de la instalación. Sin que influya en el funcionamiento de la lámpara. l.5 Lámpara de vapor de mercurio alta presión. Lámpara de 8 W. Prf. Dr. José Andrés Sancho Llerandi Página 9 de 9