Reloj eléctrico
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 motor. El término se aplica 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 la red eléctrica estuvo disponible 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[editar]
Los relojes eléctricos pueden funcionar mediante varios tipos diferentes de mecanismos:
- Los relojes electromecánicos tienen un movimiento mecánico tradicional, que marca el tiempo con un péndulo oscilante o una rueda de equilibrio impulsada a través de un tren de engranajes por un resorte real, pero usan electricidad para rebobinar el resorte principal con un motor eléctrico o un electroimán . Este mecanismo se encuentra sobre todo en los relojes antiguos.
- Los relojes con remontoir eléctrico tienen trenes de engranajes accionados por un pequeño resorte o palanca con peso, llamado remontoire, que se enrollaba con mayor frecuencia mediante un motor eléctrico o un electroimán. Este mecanismo era más preciso que un resorte real, porque el devanado frecuente promediaba las variaciones en el ritmo del reloj causadas por la fuerza variable del resorte a medida que se desenrollaba. 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 antiguos relojes eléctricos de péndulo. También se encuentra en algunos relojes decorativos modernos de sobremesa y de escritorio.
- Los relojes síncronos se basan en el 50 o 60 Hz frecuencia de servicio de la red de energía eléctrica de CA como fuente de temporización, accionando los engranajes del reloj con un motor síncrono . Esencialmente 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 largos períodos, salvo cortes de energía; durante meses son más precisos que un reloj de cuarzo típico. Este fue el tipo de reloj más común de la década de 1930, pero ahora ha sido reemplazado en su mayoría por relojes de cuarzo.
- Los relojes Tuning Fork marcan el tiempo contando las oscilaciones de un diapasón calibrado con una frecuencia específica. Estos solo se fabricaron en forma de batería. Los relojes que funcionan con baterías se han fabricado utilizando los esquemas anteriores con la excepción obvia de un movimiento síncrono. Todos los relojes que funcionan con baterías han sido reemplazados en gran medida 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 alimentados por CC de bajo voltaje, 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 marcar la hora con un error de unos pocos segundos por semana, aunque a veces más.[1] Los movimientos de cuarzo económicos a menudo se especifican 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. Una mayor precisión es posible a un costo mayor.
- Los relojes controlados por radio son relojes de cuarzo que se sincronizan periódicamente con la escala de tiempo del reloj atómico UTC a través de señales de tiempo de radio transmitidas por estaciones dedicadas en todo el mundo. Son distintos de los radiorrelojes .Relojes electromecánicos tener una mecánica tradicional movimiento, que mantiene el tiempo con un oscilante péndulo o rueda de equilibrio alimentado a través de un tren de engranajes por a resorte principal, pero use electricidad para rebobinar el resorte principal con un motor eléctrico o electroimán. Este mecanismo se encuentra principalmente en relojes antiguos.
Historia[editar]
En 1814, Sir Francis Ronalds de Londres inventó el primer reloj eléctrico.[2] Se alimentaba con pilas secas, una batería de alto voltaje con una vida extremadamente larga pero con la desventaja de que sus propiedades eléctricas variaban con el clima.[3] Probó varios medios para regular la electricidad y estos modelos demostraron ser confiables en una variedad de condiciones meteorológicas.[4]
En 1815, Giuseppe Zamboni de Verona inventó y mostró otro reloj electrostático que funcionaba con pilas secas y un orbe oscilante. Su equipo produjo relojes mejorados durante muchos años, que más tarde se denominó como "el movimiento más elegante y al mismo tiempo más simple producido hasta ahora por la columna eléctrica".[5] El reloj de Zamboni tenía una aguja vertical sostenida por un pivote y era tan eficiente desde el punto de vista energético que podía funcionar con una batería durante más de 50 años.
En 1840, Alexander Bain, un fabricante escocés de relojes e instrumentos, fue el primero en inventar y patentar un reloj alimentado por corriente eléctrica. Su patente de reloj eléctrico original está fechada el 10 de octubre de 1840. El 11 de enero de 1841, Alexander Bain junto con John Barwise, un fabricante de cronómetros, obtuvo otra importante patente que describe un reloj en el que se emplea un péndulo electromagnético y una corriente eléctrica para mantener el reloj en marcha en lugar de resortes o pesas. Las patentes posteriores ampliaron sus ideas originales.
Numerosas personas se propusieron 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 acoplado a un péndulo o rueda de equilibrio que permite electromecánicamente un impulso o impulso ocasional al péndulo o rueda a medida que su amplitud de oscilación cae por debajo de cierto nivel, y es tan eficiente que posteriormente se utilizó en electricidad. relojes desde hace más de cien años. Hipp también inventó un pequeño motor y construyó el cronoscopio y el cronógrafo registrador 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 marcaba el tiempo de las oscilaciones de la red eléctrica.[6][7] En 1931, el Synclock fue el primer reloj eléctrico síncrono comercial vendido en el Reino Unido.[7]
Reloj electromecánico[editar]
AUn reloj que emplea electricidad de alguna forma para alimentar un mecanismo de reloj convencional es un reloj electromecánico. Cualquier reloj accionado por resorte o peso que use electricidad (ya sea CA o CC) para rebobinar el resorte o elevar el peso de un reloj mecánico es un reloj electromecánico. En los relojes electromecánicos, la electricidad no cumple 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 práctico el uso de energía eléctrica en los relojes. El uso de la electricidad dio lugar a muchas variaciones de diseños de relojes y motores. Los relojes electromecánicos se fabricaban como relojes individuales, pero se usaban más comúnmente como partes integrales de 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 únicamente de una rueda de trinquete y un tren de tiempo. Los relojes esclavos dependen de los 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 varios 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. Se instalaron durante la década de 1950 y, para entonces, los sistemas con relojes de motor síncronos se estaban convirtiendo en el sistema de reloj elegido.
Reloj electromagnético[editar]
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 genera 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[editar]
Un reloj eléctrico síncrono no contiene un oscilador de cronometraje, como un péndulo o una rueda de equilibrio, sino que cuenta las oscilaciones de la corriente de la red eléctrica de CA desde 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.[8] 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 como un cronometrador sino como un contador mecánico, cuyas manecillas muestran una cuenta corriente del número de ciclos de corriente alterna.[9]
Uno de los engranajes que hacen girar las manecillas del reloj tiene un eje con un ajuste de fricción deslizante, por lo que las manecillas del reloj se pueden girar manualmente mediante una perilla en la parte posterior o en la parte inferior, para configurar el reloj.
Los relojes de motor síncrono son resistentes porque no tienen un péndulo delicado o una rueda de equilibrio. Sin embargo, un corte de energía temporal detendrá el reloj, lo que mostrará la hora incorrecta cuando se restablezca la energía. Algunos relojes síncronos (p. ej. Telechron) tienen un indicador que muestra si se ha detenido y reiniciado.
Número de polos[editar]
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.[10] Sin embargo, la mayoría de los relojes eléctricos tienen rotores con más polos magnéticos (dientes), por lo que giran a un submúltiplo más pequeño de la frecuencia de línea. Esto permite que el tren de engranajes que gira las manos se construya con menos engranajes, ahorrando dinero.[11]
Exactitud[editar]
La precisión de los relojes síncronos depende de la precisión en que las empresas eléctricas mantengan la frecuencia de su corriente al valor nominal de 50 o 60 hercios. Aunque las variaciones de la carga de los servicios públicos provocan fluctuaciones de frecuencia que pueden dar lugar a errores de unos pocos segundos durante el transcurso de un día, los servicios públicos ajustan periódicamente la frecuencia de su corriente utilizando la hora del reloj atómico UTC para que el número total de ciclos en un día proporcione una frecuencia promedio. ese es exactamente el valor nominal, por lo que los relojes síncronos no acumulan errores.[12] Por ejemplo, las empresas de servicios públicos europeas controlan la frecuencia de su red una vez al día para que el número total de ciclos en 24 horas sea correcto.[13] Las empresas de servicios públicos de EE. UU. corrigen su frecuencia una vez que el error acumulativo alcanza los 3 a 10 segundos. Esta corrección se conoce como Corrección de error de tiempo (TEC).
En 2011, la Corporación de Confiabilidad Eléctrica de América del Norte (NERC),[14] una organización industrial basada en el consenso, solicitó a la Comisión Reguladora de Energía Federal (FERC)[15] 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 la frecuencia, también se observó 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 del horario de verano. Esta consecuencia se informó en los medios de comunicación estadounidenses,[16] y se abandonó la iniciativa. Sin embargo, a fines de 2016, NERC presentó nuevamente una propuesta similar a la FERC, que fue aprobada dos meses después.[12] Depende de la eliminación del estándar WEQ-006, y el NERC también solicitó a la Junta de Estándares Energéticos de América del Norte (NAESB),[17] una organización no gubernamental orientada a los negocios, que elimine ese estándar. Si la FERC adopta la petición de NAESB, los TEC ya no se utilizarán en los Estados Unidos y Canadá, y es probable que los relojes cronometrados por ellos deambulen sin control hasta que se restablezcan manualmente; sin embargo, a partir de 2021, WEQ-006 todavía estaba en su lugar.[18] Los empleados del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y el Observatorio Naval de los Estados Unidos señalaron en un documento técnico que, si los TEC no se hubieran insertado en 2016, los relojes cronometrados eléctricamente 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.[12]
Relojes de arranque por giro[editar]
Los primeros relojes síncronos de la década de 1930 no se arrancaban solos y tenían que encenderse girando una perilla de arranque en la parte posterior.[9] Una falla en el diseño de estos relojes de arranque giratorio era que el motor podía arrancar en cualquier dirección, por lo que si la perilla de arranque se giraba en la dirección incorrecta, el reloj funcionaba hacia atrás, las manecillas giraban en sentido contrario a las agujas del reloj. Los relojes posteriores de arranque manual tenían trinquetes u otros enlaces que impedían el arranque hacia atrás. La invención del motor de polos sombreados permitió fabricar relojes de arranque automático, pero dado que el reloj se reiniciaba después de una interrupción del suministro eléctrico, no se indicaba la pérdida de tiempo.
Véase también[editar]
Referencias[editar]
- ↑ Elliott, Rod. «Build a Synchronous Clock». Elliott Sound. Archivado desde el original el 11 de julio de 2018. Consultado el 8 de agosto de 2023.
- ↑ Aked, C.K. (1973). «The First Electric Clock». Antiquarian Horology.
- ↑ Ronalds, B.F. (2016). Sir Francis Ronalds: Father of the Electric Telegraph. London: Imperial College Press. ISBN 978-1-78326-917-4.
- ↑ Ronalds, B.F. (Jun 2015). «Remembering the First Battery-Operated Clock». Antiquarian Horology. Consultado el 8 Apr 2016.
- ↑ Perpetual Electromotive
- ↑ U.S. patent #1283434 Warren, Henry E. Timing device, filed February 26, 1917, issued October 29, 1918, on Google Patents
- ↑ a b «Famous Names in Electrical Horology». Electrical Horology Group. Antiquarian Horological Society, London, UK. 2011. Archivado desde el original el 7 de mayo de 2012. Consultado el 16 de diciembre de 2011.
- ↑ Wise, S. J. (1952). Electric Clocks, 2nd Ed.. London: Heywood & Co. pp. 95-100.
- ↑ a b Wise, S. J. (1952). Electric Clocks, 2nd Ed.. London: Heywood & Co. pp. 95-100.
- ↑ Wise (1952) Electric Clocks, p.101–104
- ↑ The speed of a synchronous motor v in revolutions per minute (RPM) is related to the number of poles by:
- ↑ a b c d NIST Paper
- ↑ «Frequency response - National Grid». www2.nationalgrid.com.
- ↑ «NERC». www.nerc.com.
- ↑ «Federal Energy Regulatory Commission». www.ferc.gov.
- ↑ «Appliance disruptions feared in power grid test». CBS News. 27 de junio de 2011.
- ↑ «North American Energy Standards Board». www.naesb.org.
- ↑ «NAESB Wholesale Electric Quadrant (WEQ) Update».
Bibliografía[editar]
- Virádez, Michel. Historia de los relojes eléctricos
- Katz, Eugenio. Biografía de Alexander Bain
- Electromotor perpetuo de Giuseppe Zamboni
- Chirkin, K. Relojes electromecánicos. Radio, 7 (1968): pág. 43.
Enlaces externos[editar]
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Reloj eléctrico.- Master Clocks in Central Offices, Connections Museum. Video detailing a SWCC clock used in telephone service.
