Reloj eléctrico - Electric clock
Un reloj eléctrico es un reloj que funciona con electricidad , a diferencia de un reloj mecánico que funciona con un peso colgante o un resorte real . El término se aplica a menudo a los relojes mecánicos eléctricos que se usaban antes de que se introdujeran los relojes de cuarzo en la década de 1980. Los primeros relojes eléctricos experimentales se construyeron alrededor de la década de 1840, pero no se fabricaron ampliamente hasta que se dispuso de energía eléctrica en la década de 1890. En la década de 1930, el reloj eléctrico síncrono reemplazó a los relojes mecánicos como el tipo de reloj más utilizado.
Tipos
Los relojes eléctricos pueden funcionar mediante varios tipos diferentes de mecanismos:
- Los relojes electromecánicos tienen un movimiento mecánico tradicional , que mantiene el tiempo con un péndulo oscilante o una rueda de equilibrio accionada a través de un tren de engranajes por un resorte real , pero utilizan electricidad para rebobinar el resorte real con un motor eléctrico o electroimán . Este mecanismo se encuentra principalmente en relojes antiguos.
- Los relojes eléctricos de remontoire tienen trenes de engranajes accionados por un pequeño resorte o palanca con peso, llamado remontoire , que se da cuerda con mayor frecuencia mediante un motor eléctrico o electroimán. Este mecanismo era más preciso que un resorte real, porque el bobinado frecuente promediaba variaciones en la frecuencia del reloj causadas por la fuerza variable del resorte al desenrollarse. Se utilizó en relojes de péndulo de precisión y en relojes de automóviles hasta la década de 1970.
- Los relojes electromagnéticos marcan el tiempo con un péndulo o una rueda de equilibrio, pero los pulsos para mantenerlo en marcha no son proporcionados por un movimiento mecánico y un enlace de escape , sino por la fuerza magnética de un electroimán ( solenoide ). Este fue el mecanismo utilizado en los primeros relojes eléctricos y se encuentra en los relojes de péndulo eléctricos antiguos. También se encuentra en algunas repisas decorativas modernas y en relojes de escritorio.
- Los relojes síncronos se basan en la frecuencia de servicio de 50 o 60 Hz de la red de energía eléctrica de CA como fuente de sincronización, accionando los engranajes del reloj con un motor síncrono . Básicamente, cuentan los ciclos de la fuente de alimentación. Si bien la frecuencia real puede variar con la carga en la red, el número total de ciclos por 24 horas se mantiene rigurosamente constante, de modo que estos relojes pueden mantener la hora con precisión durante períodos prolongados, salvo cortes de energía ; durante meses son más precisos que un reloj de cuarzo típico. Este era el tipo de reloj más común de la década de 1930, pero ahora ha sido reemplazado principalmente por relojes de cuarzo.
- Los relojes del diapasón mantienen el tiempo contando las oscilaciones de un diapasón calibrado con una frecuencia específica. Estos solo se fabricaron en forma de batería. Los relojes a batería se han fabricado utilizando los esquemas anteriores con la obvia excepción de un movimiento sincrónico. Todos los relojes que funcionan con baterías han sido reemplazados en gran parte por el movimiento de cuarzo de menor costo.
- Los relojes de cuarzo son relojes eléctricos que marcan el tiempo contando las oscilaciones de un cristal de cuarzo vibrante. Utilizan circuitos modernos de baja tensión alimentados por CC, que pueden ser alimentados por una batería o derivados de la red eléctrica. Son el tipo de reloj más común en la actualidad. Los relojes de cuarzo y los relojes suministrados por el fabricante suelen mantener el tiempo con un error de unos pocos segundos por semana, aunque a veces más. Los movimientos de cuarzo económicos se especifican a menudo para mantener el tiempo dentro de los 30 segundos por mes (1 segundo por día, 6 minutos por año). Se puede lograr un error menor mediante la calibración individual si es posible el ajuste, sujeto a la estabilidad del oscilador, particularmente con el cambio de temperatura. Es posible una mayor precisión a un costo mayor.
- Los relojes radiocontrolados son relojes de cuarzo que se sincronizan periódicamente con laescala horaria del reloj atómico UTC a través de señales horarias de radio transmitidas por estaciones dedicadas en todo el mundo. Son distintos de las radios reloj .
Historia
En 1814, Sir Francis Ronalds de Londres inventó el primer reloj eléctrico. Se alimentaba con pilas secas , una batería de alto voltaje con una vida útil extremadamente larga pero con la desventaja de que sus propiedades eléctricas variaban con el clima. Probó varios medios para regular la electricidad y estos modelos demostraron ser confiables en una variedad de condiciones meteorológicas.
En 1815, Giuseppe Zamboni de Verona inventó y mostró otro reloj electrostático con pilas secas y un orbe oscilante. Su equipo produjo relojes mejorados durante muchos años, que luego fueron denominados "el movimiento más elegante y al mismo tiempo más simple producido hasta ahora por la columna eléctrica". El reloj de Zamboni tenía una aguja vertical sostenida por un pivote y era tan eficiente energéticamente que podía funcionar con una sola batería durante más de 50 años.
En 1840, Alexander Bain , un fabricante de relojes e instrumentos escocés, fue el primero en inventar y patentar un reloj que funciona con corriente eléctrica. Su patente original de reloj eléctrico está fechada el 10 de octubre de 1840. El 11 de enero de 1841, Alexander Bain junto con John Barwise, un fabricante de cronómetros, sacaron otra patente importante que describe un reloj en el que se emplea un péndulo electromagnético y una corriente eléctrica para mantener el reloj en lugar de resortes o pesos. Las patentes posteriores ampliaron sus ideas originales.
Numerosas personas intentaron inventar el reloj eléctrico con diseños electromecánicos y electromagnéticos alrededor del año 1840, como Wheatstone, Steinheil, Hipp, Breguet y Garnier, tanto en Europa como en América.
A Matthäus Hipp , relojero nacido en Alemania , se le atribuye el establecimiento de la serie de producción, reloj eléctrico comercializable en masa. Hipp abrió un taller en Reutlingen , donde desarrolló un reloj eléctrico para tener el Hipp-Toggle, presentado en Berlín en una exposición en 1843. El Hipp-Toggle es un dispositivo unido a un péndulo o volante que permite electromecánicamente impulsos ocasionales o conducir hacia el péndulo o la rueda cuando su amplitud de oscilación cae por debajo de cierto nivel, y es tan eficiente que posteriormente se utilizó en relojes eléctricos durante más de cien años. Hipp también inventó un pequeño motor y construyó el cronoscopio y el cronógrafo de registro para medir el tiempo.
Los primeros relojes eléctricos tenían péndulos prominentes porque era una forma y un diseño familiares. Los relojes más pequeños y los relojes con balanza en espiral se fabrican con los mismos principios que los relojes de péndulo.
En 1918, Henry Ellis Warren inventó el primer reloj eléctrico síncrono en Ashland, MA, que mantenía el tiempo de las oscilaciones de la red eléctrica. En 1931, Synclock fue el primer reloj eléctrico síncrono comercial vendido en el Reino Unido.
Reloj electromecánico
Un reloj que emplea electricidad de alguna forma para alimentar un mecanismo de reloj convencional es un reloj electromecánico. Cualquier reloj impulsado por resorte o peso que use electricidad (ya sea CA o CC) para rebobinar el resorte o elevar el peso de un reloj mecánico, entonces es un reloj electromecánico. En los relojes electromecánicos, la electricidad no tiene ninguna función de cronometraje. La función de cronometraje está regulada por el péndulo. Cerca del final del siglo XIX, la disponibilidad de la batería de celda seca hizo que fuera práctico el uso de energía eléctrica en los relojes. El uso de la electricidad dio lugar a muchas variaciones en los diseños de relojes y motores. Los relojes electromecánicos se fabricaron como relojes individuales, pero con mayor frecuencia se utilizaron como partes integrales de las instalaciones de tiempo sincronizado. La experiencia en telegrafía llevó a conectar relojes remotos (relojes esclavos) a través de cables a un reloj de control (reloj maestro). El objetivo era crear un sistema de reloj en el que cada reloj mostrara exactamente la misma hora. El maestro y los esclavos son relojes electromecánicos. El reloj maestro tiene un mecanismo de reloj automático convencional que se rebobina eléctricamente. El mecanismo de reloj esclavo no es un mecanismo de reloj convencional, ya que consta solo de una rueda de trinquete y un tren del tiempo. Los relojes esclavos dependen de impulsos eléctricos del reloj maestro para mover mecánicamente las manecillas del reloj una unidad de tiempo. Los sistemas de tiempo sincronizado se componen de un reloj maestro y cualquier número de relojes esclavos. Los relojes esclavos están conectados por cables al reloj maestro. Estos sistemas se encuentran en lugares donde se utilizarían múltiples relojes, como instituciones de aprendizaje, empresas, fábricas, redes de transporte, bancos, oficinas e instalaciones gubernamentales. Un ejemplo notable de este tipo de sistema es el reloj Shortt-Synchronome , que es un ejemplo de un remontoire de gravedad electromecánico . Estos sistemas de reloj de cuerda automática solían ser de CC de bajo voltaje. Fueron instalados durante la década de 1950 y para entonces los sistemas con relojes de motor síncrono se estaban convirtiendo en el sistema de reloj de elección.
Reloj electromagnético
La configuración de este dispositivo es comparativamente muy simple y confiable. La corriente eléctrica alimenta un péndulo o un oscilador electromecánico .
El componente del oscilador electromecánico tiene un imán adjunto que pasa por dos inductores . Cuando el imán pasa por el primer inductor o sensor, el amplificador simple provoca la corriente a través del segundo inductor y el segundo inductor funciona como un electroimán , proporcionando un pulso de energía al oscilador en movimiento. Este oscilador es responsable de la precisión del reloj. La parte electrónica no generaría pulsos eléctricos si el oscilador estuviera ausente o no se moviera. La frecuencia de resonancia del oscilador mecánico debe ser varias veces por segundo.
Reloj eléctrico síncrono
Un reloj eléctrico síncrono no contiene un oscilador de indicación de la hora tal como una rueda péndulo o equilibrio, pero en su lugar cuenta las oscilaciones de la AC de corriente utilidad de su enchufe de pared para mantener el tiempo. Consiste en un pequeño motor síncrono de CA , que hace girar las manecillas del reloj a través de un tren de engranajes reductores . El motor contiene electroimanes que crean un campo magnético giratorio que hace girar un rotor de hierro . La velocidad de rotación del eje del motor está sincronizada con la frecuencia de la red pública ; 60 ciclos por segundo (Hz) en América del Norte y partes de América del Sur, 50 ciclos por segundo en la mayoría de los demás países. El tren de engranajes escala esta rotación para que el minutero gire una vez por hora. Por lo tanto, el reloj síncrono puede considerarse no tanto un cronometrador como un contador mecánico, cuyas manecillas muestran un recuento continuo del número de ciclos de corriente alterna.
Uno de los engranajes que hace girar las manecillas del reloj tiene un eje con un accesorio de fricción deslizante, por lo que las manecillas del reloj se pueden girar manualmente mediante una perilla en la parte posterior, para configurar el reloj.
Los relojes con motor síncrono son resistentes porque no tienen un péndulo delicado ni un volante de equilibrio. Sin embargo, un corte de energía temporal detendrá el reloj, que mostrará la hora incorrecta cuando se restablezca la energía. Algunos relojes síncronos tienen un indicador que muestra si se ha detenido y reiniciado.
Número de polos
Algunos relojes eléctricos tienen un motor síncrono simple de dos polos que funciona a una revolución por ciclo de potencia, es decir, 3600 RPM a 60 Hz y 3000 RPM a 50 Hz. Sin embargo, la mayoría de los relojes eléctricos tienen rotores con más polos magnéticos (dientes), por lo que giran a un submúltiplo menor de la frecuencia de línea. Esto permite que el tren de engranajes que gira las manecillas se construya con menos engranajes, ahorrando dinero.
Exactitud
La precisión de los relojes síncronos depende de qué tan cerca mantengan las empresas eléctricas la frecuencia de su corriente al valor nominal de 50 o 60 hercios. Aunque las variaciones de la carga de la red pública causan fluctuaciones de frecuencia que pueden resultar en errores de unos pocos segundos durante el transcurso de un día, las empresas eléctricas ajustan periódicamente la frecuencia de su corriente usando la hora del reloj atómico UTC para que el número total de ciclos en un día dé una frecuencia promedio. ese es exactamente el valor nominal, por lo que los relojes síncronos no acumulan errores. Por ejemplo, las compañías eléctricas europeas controlan la frecuencia de su red una vez al día para corregir el número total de ciclos en 24 horas. Las empresas de servicios públicos de EE. UU. Corrigen su frecuencia una vez que el error acumulativo ha alcanzado los 3 a 10 segundos. Esta corrección se conoce como Corrección de errores de tiempo (TEC).
En 2011, la North American Electric Reliability Corporation (NERC), una organización industrial basada en el consenso, solicitó a la Comisión Federal Reguladora de Energía (FERC) que eliminara el TEC. Si bien esto habría liberado a las compañías eléctricas de la amenaza de multas y también habría proporcionado un aumento extremadamente modesto en la estabilidad de frecuencia, también se señaló que los relojes síncronos, que incluyen relojes de pared, despertadores y otros relojes que calculan la hora sobre la base de su energía eléctrica, acumularía varios minutos de error entre los reinicios semestrales para el horario de verano . Esta consecuencia se informó en los medios de comunicación estadounidenses y la iniciativa se abandonó. Sin embargo, a finales de 2016, la NERC volvió a presentar una propuesta similar a la FERC, que fue aprobada dos meses después. Depende de la eliminación del estándar WEQ-006, y la NERC también solicitó a la Junta de Normas de Energía de América del Norte (NAESB), una organización no gubernamental orientada a los negocios, que elimine ese estándar. Si la FERC adopta la petición NAESB, los TEC ya no se utilizarán en los Estados Unidos y Canadá, y los relojes cronometrados por ellos probablemente deambularán sin control hasta que se reinicien manualmente; Los empleados del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y el Observatorio Naval de EE. UU. señalaron en un documento técnico que, si los TEC no se hubieran insertado en 2016, los relojes con temporizador eléctrico habrían perdido más de siete minutos en gran parte de los Estados Unidos. y Canadá, como se muestra en la Figura 8 de su artículo.
Relojes de arranque giratorio
Los primeros relojes síncronos de la década de 1930 no eran de arranque automático y tenían que ponerse en marcha girando una perilla de arranque en la parte posterior. Una falla en el diseño de estos relojes de arranque giratorio era que el motor se podía arrancar en cualquier dirección, por lo que si la perilla de arranque se giraba en la dirección incorrecta, el reloj funcionaría hacia atrás y las manecillas giraban en sentido contrario a las agujas del reloj. Los relojes de arranque manual posteriores tenían trinquetes u otros vínculos que impedían el arranque hacia atrás. La invención del motor de polos sombreados permitió fabricar relojes de arranque automático, pero como el reloj se reiniciaba después de una interrupción de la alimentación, no se indicaría la pérdida de tiempo.
Ver también
Notas
Referencias
- Viradez, Michel. Historia de los relojes eléctricos
- Katz, Eugenii. Biografía de Alexander Bain
- Electromotriz perpetuo de Giuseppe Zamboni
- Chirkin, K. Relojes electromecánicos. Radio, 7 (1968): pág. 43.