Calidad del agua & Ósmosis Inversa

Purificación del agua mediante Ósmosis inversa. Calidad del agua según la Organización Mundial de la Salud (OMS). Valores TDS del agua potable en diferentes capitales de Europa. Funcionamiento de un sistema de filtración doméstico por Ósmosis inversa de 5 etapas. Medidas comparativas del valor TDS (proporción de partículas disueltas en el agua) antes y después del filtrado.

¿Qué es la Ósmosis?

La ósmosis está basada en el equilibrio de dos fluidos con diferentes concentraciones de sólidos disueltos (TDS). Cuando se juntan dos fluidos diferentes, con el tiempo tienden a mezclarse. Si ambos líquidos son del mismo volumen pero están separados por una membrana permeable, el fluido de menor concentración es el que atravesará la membrana para mezclarse con el de mayor concentración.

Presión osmótica

Al cabo de un tiempo se establecerá el equilibrio, quedando el fluido de mayor concentración con más volumen que el de menor concentración. La distancia entre ambas alturas se denomina Presión Osmótica.

Ósmosis Inversa

Si ponemos agua sucia y agua limpia en dos columnas separadas por una membrana permeable, y se aplica una presión superior a la presión osmótica en el fluido del agua sucia, que es el de mayor concentración de sólidos, se producirá el efecto inverso. Pasará por la membrana el líquido del agua sucia, y no sus sólidos disueltos, y subirá el nivel de agua limpia. Este proceso es  conocido como Ósmosis Inversa y se utiliza para depurar agua.

Ósmosis inversa

Dependiendo del tipo de membrana y concentración de sólidos disueltos, será necesaria una presión mayor o menor para obtener agua potable. Por ejemplo, la presión necesaria para potabilizar el agua de mar es de 60 bar.

Calidad del agua

La Organización Mundial de la Salud (OMS) y otras instituciones que regulan la calidad del agua consideran valores hasta los 500 mg/l como completamente seguros, y hasta 2.000 mg/l como suficientemente seguros para consumir de manera temporal, si no hay otra fuente de agua fácilmente disponible.

Calificación del agua según OMS

ÓSMOSIS INVERSA

Los sistemas de ósmosis inversa requieren de una corriente de agua que lave la membrana de forma tangencial mientras se realiza la filtración. Este lavado evita que la membrana se colapse a causa de los pequeños diámetros que tienen tanto las partículas filtradas como el poro de la membrana.

Interior filtro de ósmosis inversa

A la parte descartada se le llama ‘agua de rechazo‘ y puede ser reutilizada por el usuario para otros fines si así lo dispone en su instalación. El usuario de una ósmosis inversa doméstica puede reciclar esta parte de rechazo, conectando a un depósito adicional el tubo que normalmente va al desagüe. La proporción de agua de rechazo frente a la filtrada está determinada por el limitador de caudal (restrictor) que lleva el equipo justo antes de la conexión que va al desagüe. Una proporción aproximada de 4:1 es establecida por el fabricante.

Ósmosis Inversa para el agua potable

El agua que recibimos en nuestro hogar es potable, pero contiene mucha cal y otros elementos nocivos como: cloro, plomo, flúor, herbicidas, calcio, magnesio, mercurio, nitratos… y en algunos casos hasta cianuro. Aunque todos ellos lleguen en bajas concentraciones, no son nada aconsejables para la salud.

Ósmosis Inversa de 5 Etapas

Montar un sistema de ósmosis inversa partiendo del agua potable, es la solución más barata para asegurar la calidad del agua que bebemos y mejorar su sabor. Partiendo de agua potable, la presión que se necesita para que el sistema funcione correctamente está comprendida entre 3 y 5 Kg/cm2, dependiendo de la dureza del agua a tratar.

ÓsmosisEste tipo de agua es muy ligera y se elimina con más rapidez que otro tipo de aguas minerales, ayudando así a depurar el organismo, y además facilita el trabajo de filtrado que tienen que hacer los riñones.

Restrictor de desagüe

El control de caudal de agua que va al desagüe lo regula el restrictor, que funciona como una llave de paso medio abierta. La numeración que muestra el restrictor indica los mili litros de caudal de agua por minuto. El valor más bajo que se comercializa es de 300 mili litros por minuto. Dependiendo de la dureza del agua de suministro, se debería elegir un restircor  de caudal mayor o menor.

Restrictor

Cuando el valor TDS del agua es alto (aguas duras), es mejor utilizar un restrictor alto. Se perderá más agua, pero la salida del agua osmotizada será más pura y la membrana sufrirá menos. Con aguas más blandas es mejor un restrictor pequeño, porque así desperdicia menos agua. Si el rechazo es insuficiente, la membrana se dañará prematuramente, si es mayor, el desperdicio de agua puede ser excesivo. Se trata de encontrar un equilibrio entre la duración de la membrana y el desperdicio. La proporción citada puede variar en función de la salinidad, la temperatura, el desgaste de la membrana y la presión.

Filtro de ósmosis inversa

Los filtros de membrana de ósmosis inversa se catalogan por la cantidad de Galones de agua que pueden suministrar en un día (Galones por día = GPD). El valor que se suele instalar de origen en los equipos de ósmosis inversa, es de 50 GPD.

Filtros de ósmosis inversa

1 Galón = 3,78541 litros

Dependiendo de la calidad del agua de suministro, la calidad que queremos obtener a la salida y de los litros de producción, tendremos que elegir el tipo de membrana a instalar.

Manómetro

El manómetro se instala a la entrada del filtro de ósmosis inversa, después de la válvula de cierre. Cuando la válvula está abierta el equipo está funcionando, y el manómetro indica la presión de trabajo.

Manómetro

Si el depósito está lleno, la válvula se cierra y el manómetro se debe poner a cero. Si el manómetro nunca se pusiera a cero. nos indicaría que existe una fuga en el circuito. Estas indicaciones convierten al manómetro como imprescindible, pues nos da a conocer cómo está funcionando equipo.

Tabla de presión mínima para cada TDS

En las zonas donde el agua es blanda, con la presión del suministro que llega a las casas es suficiente para que funcione un equipo de Ósmosis inversa. Con aguas duras, o cuando la presión del suministro sea baja, intercalando una pequeña bomba de presión se soluciona el problema.

Depósito de agua

Los sistemas de ósmosis inversa producen agua con un caudal muy reducido. Por ese motivo es necesario intercalar un pequeño depósito de agua en la instalación, con el fin de disponer de una cierta cantidad de agua cada vez que abrimos el grifo. Cuando el equipo de ósmosis inversa no dispone de una pequeña bomba eléctrica para extraer el agua del depósito, se tiene que utilizar un depósito presurizado.

Depósito de agua presurizado

Estos depósitos en su interior disponen de 2 cámaras, separadas por una membrana elástica. En la parte superior es donde se almacenará el agua, y la cámara inferior tiene aire a presión. La presión del aire con el depósito vacío (sin agua en el tanque) es de alrededor de 0,5 bar. Esta presión irá subiendo a medida que se llene el depósito de agua. Cuando el depósito está lleno, la presión en la cámara de aire debería ser la misma que la del agua de suministro.

¿Programar con interrupciones?

Elegir el modo de programar un microprocesador: consultando de forma cíclica el estado de cada periférico (Polling), o creando una interrupción por cada periférico a controlar. Métodos a seguir para programar el microprocesador AT89S52 con 2 interrupciones y una consulta cíclica. Posibles efectos indeseados cuando se programa con interrupciones.

Interrupciones AT89S52

Cuando se programa un microprocesador con la finalidad de tomar decisiones, dependiendo del estado de alguno o varios dispositivos periféricos, como podrían ser: pulsadores, un reloj en tiempo real (RTC), termómetros, alarmas, etc… existen dos formas posibles de hacerlo:

-> La forma más sencilla y clásica sería consultar de forma cíclica el estado de cada periférico.

-> Lo ideal sería habilitar una interrupción en el procesador por cada periférico a controlar.

Consulta secuencial y periódica

En este proceso de consulta, también conocido como polling en inglés, es el propio procesador el que determina el momento en el que realiza la consulta.

Consulta secuencial

Este método tiene el inconveniente de ser poco eficiente, porque el procesador consume muchos recursos realizando las instrucciones de sondeo… y además en algunas aplicaciones, una pequeña demora de tiempo afecta a la precisión de la medida o produce efectos indeseados. Por ejemplo, un error en la precisión cuando se utiliza un temporizador del procesador como patrón de tiempo de un reloj o cronómetro. Efectos indeseados, como podrían ser parpadeos, cuando se genera una señal PWM para el control de brillo de un display… o inestabilidad  si se utiliza esta misma señal PWM para  regular la velocidad de un motor.

Programar con interrupciones

Una interrupción sirve para detectar en tiempo real el momento en el que se debe realizar la consulta a cada periférico. Con la interrupción, es el periférico quien se encarga de avisar al procesador, y mientras tanto el procesador puede realizar otras tareas.

Habilitación de las interrupciones

El orden de prioridad de todas las interrupciones se pueden programar en el procesador. Así el procesador decidirá si un proceso se debe interrumpir o no, en caso de que se produzca una interrupción mientras se está atendiendo a otra, o cuando se produzcan dos o más interrupciones de forma simultánea. Un mal uso de la prioridad en las interrupciones, también podría provocar efectos indeseados.

Prioridad de las interrupciones

En la imagen anterior, al no tener la prioridad de interrupción el Timer que genera la señal PWM, se producen fluctuaciones en el ancho de impulso generado.

 

 

Shift Register (Registro de desplazamiento)

Funcionamiento de un Shift Register o Registro de desplazamiento, muy útil cuando se necesita controlar una gran cantidad de dispositivos de forma simultánea, utilizando un microprocesador con un número limitado de terminales. Este componente electrónico –Shift Register– es muy usado en centrales de control destinados a la domótica, paneles electrónicos de tipo LED, etc.

8-Bit Shift Register

En los circuitos digitales, un registro de desplazamiento es una cascada de Flip-Flops que comparten el mismo reloj, en el que la salida de cada Flip-Flop está conectada a la entrada de datos del siguiente Flip-Flop de la cadena, dando lugar a un circuito que desplaza por una posición la matriz de bits almacenada en ella, desplazando los datos presentes en su entrada y desplazando el último bit en la matriz, en cada transición de la entrada de reloj.

Esquema interno del 74HC595

Los registros de desplazamiento –Shift Register– pueden tener entradas y salidas tanto en paralelo como en serie. Normalmente se configuran a menudo como Serial-In, Parallel-Out (SIPO) o como Parallel-In, Serial-Out (PISO). También hay modelos que tienen entrada en serie y paralelo y otros con salida en serie y en paralelo. También hay registros de desplazamiento bidireccionales que permiten el desplazamiento en ambas direcciones (L → R o R → L). La entrada en serie y la última salida de un registro de desplazamiento, también se pueden conectar para crear un registro de desplazamiento circular.

Funcionamiento (Shift Register)

Para comprender mejor el funcionamiento de un registro de desplazamiento, se puede montar en una placa de pruebas (Protoboard) el siguiente circuito:

Display de 7 segmentos con 74HC595

El hilo de entrada de datos (SER/DATA) se puede conectar a la línea de +5 o GND, dependiendo del estado lógico (1/0) que queramos introducir al registro. A continuación se pulsa el botón SRCLK/CLOCK, para que el primer dato entre en el registro, desplazando todos sus estados una posición en orden creciente. Si queremos visualizar el estado de los registros en el display, a continuación pulsaremos el botón RCLK/STROBE.

Pruebas del 74HC595

Para que funcione el registro de desplazamiento, el hilo SRCLR/RESET tiene que estar conectado a nivel alto (+5V), si lo conectamos a GND se inicializarán todos los registros poniéndose a cero (Reset).

LUZ ELECTROLUMINISCENTE

La electroluminiscencia es un fenómeno óptico y eléctrico, en el cual se genera luz a partir de una corriente eléctrica. Los materiales electroluminiscentes son aquellos que contienen una cierta cantidad de fósforo y emiten una luz al paso de una corriente eléctrica. Se analiza el funcionamiento de un panel gráfico, con control de sonido y también se realizan pruebas con hilos electroluminiscentes de diferentes colores.

Funcionamiento

Capas EL

Los iones activadores actúan como emisores o centros luminiscentes y poseen niveles energéticos que pueden ser activados por excitación directa o indirecta, por transferencia de energía a través de algún lugar de la estructura del material portador para que la emisión de luz ocurra. Un fósforo adecuado debe absorber la energía de excitación, y después emitir luz rápida y tan eficiente como sea posible. El tiempo que transcurre entre la excitación y la emisión debe ser lo suficientemente pequeño para evitar destellos. La excitación de los fósforos se consigue mediante la aplicación de campos eléctricos intensos a altas frecuencias.

Luz electroluminiscente

Ventajas

  •  Bajo consumo de corriente
  • Vida larga, hasta de 50,000 horas
  • Regulación propia, por lo que no se requiere un circuito de control
  • Emisión de luz omnidireccional
  • Opera en un rango de temperatura amplio, desde -60°C hasta 90°C
  • Pueden usarse en exteriores

Consumo de la placa EL

Inconvenientes

  • Emisión de luz limitada.
  • No hay una gran variedad de colores.
  • Poca eficiencia, alrededor de 2..6 Lm/W
  • Se requieren altos voltajes, desde 60 V hasta 600 V

Alimentación placa EL

Hilo electroluminiscente (Wire EL)

Luminosidad del hilo EL

La estructura del hilo EL (Wire) consiste en un núcleo conductor de cobre que funciona como electrodo, el cuál está cubierto con un material fósforo y a su vez está cubierta por un forro de plástico transparente. Unos hilo muy fino en espiral se encuentra alrededor del forro de plástico transparente. Este cable funciona como un segundo electrodo. Finalmente, ese forro de plástico transparente puede estar cubierto por otro forro de color. Cuando se aplica una diferencia de potencial, la capa fósforo emite luz entre los espacios de los cables al crearse un campo eléctrico.

Hilo electroluminiscente

Circuito inversor

El inversor que se usa en el hilo EL sirve para proporcionar la frecuencia necesaria para que brille. Cuanto más alta sea la frecuencia, mayor brillo proporcionará el hilo y su vida útil se reducirá; en cambio, si la frecuencia es menor, el brillo se reduce pero su vida útil aumenta.

Alimentación del hilo EL

Por supuesto, deberá escogerse el inversor dependiendo de la longitud del cable y de la frecuencia que quiera emplearse.

 

LED, corriente de trabajo

LED, corriente de trabajo: ¿Cómo saber la tensión en bornas de un diodo LED, cuando está funcionando a su corriente nominal?. Conocer la tensión de trabajo de un diodo LED es muy importante para calcular el valor de su resistencia de limitación. Las pruebas se realizan con un medidor de componentes electrónicos y el medidor de diodos LED que hicimos en un proyecto anterior:

Comprobador de diodos – Diode tester

Punto de trabajo de un diodo LED

Para obtener el máximo rendimiento lumínico de un diodo LED, es necesario ajustar correctamente su punto de trabajo. Si disponemos de la hoja de especificaciones del fabricantes, podemos conocer cuál es la tensión y corriente que debemos suministrar al diodo para obtener su máximo rendimiento lumínico, sin  acortar su vida útil.

Cálculo de la resistencia LED

Conociendo los valores de tensión y corriente del diodo, ya podemos calcular el valor de la resistencia de limitación que le tenemos que conectar en serie (resistencia de limitación), aplicando la Ley de Ohm.

Sistemas de medida

Si utilizamos un comprobador de componentes electrónicos o un polímetro para medir un diodo LED, obtenemos un valor de tensión de funcionamiento… pero desconocemos el valor de corriente a la cuál se ha efectuado esa medida. Si utilizamos ese valor para calcular la resistencia de limitación, lo normal es que la luminosidad del diodo LED sea baja.

Comprobador de componentes

Si queremos conocer la tensión de trabajo de un diodo LED con precisión, tendremos que intercalar un medidor de corriente (amperímetro) en serie con el diodo LED y alimentar el circuito con una fuente de alimentación variable. Como protección, sería conveniente intercalar una resistencia en serie con el circuito y subir poco a poco la tensión de salida de la fuente, hasta conseguir el valor de corriente especificado por el fabricante. En este punto, deberíamos medir la tensión en bornas del diodo LED… y esa sería la tensión que deberíamos utilizar para realizar los cálculos, y saber el valor de la resistencia que debemos conectar en serie con el diodo LED. Todo esto lo podríamos hacer con el comprobador de diodos.

Punto de trabajo de un diodo LED

En el siguiente video se muestra una prueba comparativa entre un comprobador de componentes electrónicos y el comprobador de diodos.

 

Tinta BORRABLE

Ventajas e inconvenientes al utilizar un bolígrafo de tinta de gel borrable. Este bolígrafo es muy interesante para utilizarlo como marcador de telas, para añadir comentarios y marcas en un libro de texto… pero también es muy conveniente conocer sus limitaciones, porque nos podría crear un gran problema.

Tinta borrable

Cómo funcionan los bolígrafos borrables

Un bolígrafo tradicional tiñe el papel con su tinta. Dependiendo del tipo de tinta, la penetración de la tinta en el papel varía. En los años ’80 se empezaron a comercializar los bolígrafos con tintas borrables. El borrado se hacía a base de arañar la capa superficial del papel, porque la tinta se secaba en la superficie del papel.

Tinta de gel borrable

Hace unos 4-5 años aproximadamente, se comenzaron a comercializar los bolígrafos con tinta de gel borrables. En este caso, la tinta es un gel teñido con un color (hay varios a elegir) y el borrado se realiza mediante la fricción de una goma semirrígida, que no deja residuos ni marca el papel.

A primera vista todo parecen ventajas, pero lo que no dicen los fabricantes y vendedores son sus inconvenientes. Aunque el borrado sea por fricción, en realidad se está borrando porque aumenta su temperatura. El gel pierde su color al aumentar la temperatura … y se queda transparente. Al frotar con la goma de borrado, aumenta la temperatura por fricción y la tinta se hace invisible.

Temperatura de borrado

BORRADO por temperatura

Esto sucede cuando la temperatura supera los 50ºC, o disminuye por debajo de -15ºC aproximadamente. Con temperaturas altas, sin llegar a los 50ºC, la tinta va perdiendo color.

Ventajas

Un bolígrafo con tinta de gel borrable puede ser muy útil, cuando queremos eliminar rápidamente todas las marcas  que hemos realizado con este tipo de tinta. Por ejemplo los apuntes hechos en un libro de texto, las marcas en indicaciones realizadas en telas, etc. Aplicando calor, ya sea con una plancha, aire caliente, un horno… al superar los 50º C la tinta se quedará invisible de forma permanente.

Inconvenientes

Es importante no utilizar este tipo de bolígrafos para escribir documentos importantes (examen, diario, libro de anotaciones, etc.), porque si quedara expuesto el documento a una fuente de calor o frío extremo, desaparecería todo lo escrito y nos quedaríamos con un documento en blanco.

Borrado por temperatura

En el siguiente video se pueden ver con más detalle todas las pruebas realizadas.

Medir REACTIVA

Precisión de dos medidores de potencia reactiva, comprobando el retardo entre la tensión y corriente con un osciloscopio. Se utilizan dos medidores diferentes, uno de ellos preparado para ser instalado en un cuadro eléctrico moonofásico de hasta 100A (DL69-2048), y otro portátil hasta 16A.

Trifásica
Trifásica

OSCILOSCOPIO

Para tomar la muestra de fase de la corriente, conectaremos en serie con el dispositivo a medir una resistencia de potencia y bajo valor resistivo (el mínimo valor que nos permita hacer la medida). Necesitaremos un osciloscopio con un mínimo de 2 canales y que permita tensiones de entrada alternas de un mínimo de 300 VAC (800 Vpp).

IMPORTANTE

Antes de conectar las puntas de prueba del osciloscopio, tendremos que identificar el cable neutro y la fase del dispositivo bajo prueba. Podemos utilizar un buscapolos convencional (lámpara de neón) o de tipo electrónico.  Como precaución adicional, desconectaremos la conexión de ‘tierra’ de osciloscopio si está alimentado a la red eléctrica, o lo alimentaremos con baterías.

CONEXIONES

  • La resistencia ‘Shunt’ la conectaremos entre el NEUTRO de la tensión de red y el dispositivo bajo prueba.
  • En un canal del osciloscopio conectaremos la tensión de entrada de red, así tendremos la referencia de fase de la tensión (V). Es importante conectar la toma común del osciloscopio -pinza de cocodrilo- en el NEUTRO y la punta de prueba del osciloscopio en el cable de FASE.
  • En el otro canal del osciloscopio tomaremos la muestra de fase de la corriente (I), conectando la toma común junto con la del otro canal (NEUTRO de la red eléctrica) y la punta de prueba en el otro polo de la resistencia ‘Shunt’ que hemos intercalado en el dispositivo bajo prueba.

MEDIDAS

A continuación conectaremos el dispositivo bajo prueba a la red eléctrica y ajustaremos las escalas de medida de ambos canales del osciloscopio, hasta que se muestren en pantalla las muestras V-I con una amplitud similar. Luego ajustaremos la base de tiempos del osciloscopio, ampliando al máximo la ‘posible’ separación que exista entre ambas señales al paso por ‘0’ (centro de la pantalla del osciloscopio)… y mediremos el tiempo entre ambas (retardo V-I).

reactiva_l

Una vez que sabemos el retardo que existe entre la tensión y corriente, sólo necesitaríamos conocer la frecuencia de la señal alterna. Si no estuviéramos seguros, la podríamos medir con el mismo osciloscopio.

Periodo-Frecuencia
Periodo-Frecuencia

Si la medida la hemos hecho a una frecuencia de 50 ciclos por segundo, el tiempo que tarda  cada ciclo (360º), será de 20 mSeg. Dado que el periodo, es la inversa de la frecuencia. Por comodidad de los cálculos, vamos a dividir ambos valores entre dos (entre 20 para eliminar los ceros). Así tendremos que cada 10 mSeg, el vector de tensión o corriente de una señal alterna de 50 Hz se desplazará  180º.

Ahora aplicaríamos la regla de tres, introduciendo en la fórmula el retardo entre tensión y corriente que hemos medido, para traducir ese valor de tiempo en grados. Y finalmente calculamos el valor coseno del ángulo que forman los vectores tensión-corriente… y así tenemos que 1,523 mSeg a una frecuencia de 50 Hz, se corresponde con un factor de potencia de 0,886

Resultado de las medidas
Resultado de las medidas

A pesar de que este sistema de medida es muy preciso, no lo deberíamos considerar como una prueba de laboratorio. Más que nada porque lo que he intentado aquí, es mostrar con claridad el proceso de cálculo utilizando dos señales sinusoidales y sin ruido. La máxima precisión la obtendríamos utilizando una resistencia ‘Shunt’ muy próxima a 0 Ohmios,  en lugar de la resistencia de 13 Ohmios que he utilizado para hacer estas medidas. En cualquier caso el valor obtenido apenas cambiaría.

Energía Reactiva, medidas en cuadro trifásico

Comprobación de funcionamiento y precisión del medidor de red monofásico, modelo DL69-2048. Comportamiento de este medidor monofásico, instalándolo en un cuadro eléctrico trifásico.

Fin de las bombillas incandescentes

Alrededor de un 25 % de la energía que se consume en un hogar va destinada a la iluminación. Las bombillas incandescentes malgastan mucha energía y duran poco. Se estima que solo el 5% de la energía que consume una bombilla incandescente de 100 W se traduce en luz (el 95%, en calor que se desperdicia). Además, su vida útil se estima en mil horas, o dicho de otro modo, supone un mayor consumo de recursos naturales y de generación de residuos que tienen que reciclarse de forma adecuada para evitar que contaminen el medio ambiente.

Directiva de eficiencia energética Ecodesign 2009/125/CE

La normativa empezó a aplicarse en 2009 de forma progresiva, y cada 1 de Septiembre desapareció un tipo distinto. Las primeras bombillas en retirarse fueron los modelos de 100 vatios en 2010, las de 75 W el 2011, las de 60 W (uno de los modelos más usados en España) el 2012,  y  las de 40 W y 25 W en el año 2013.

Esta normativa no significa que los consumidores que tengan en su casa estos modelos están obligados a retirarlas, pero cuando tengan que sustituir o comprar nuevas bombillas ya no tendrán a su disposición estos modelos.

Bombillas fluorescentes

Las bombillas de bajo consumo o ahorradoras, son lámparas fluorescentes compactas. Funcionan de forma parecida a los fluorescentes de tubo de toda la vida. La diferencia frente a una bombilla de incandescencia, a parte de su bajo consumo, es que son frías, usan entre un 50% y un 80% menos e energía, producen la misma cantidad de luz  y duran más.

Lámpara fluorescente
Lámpara fluorescente

Bombillas LED

La principal diferencia entre las bombillas LED y las de bajo consumo (gas), es que las LED no contienen ningún elemento tóxico y alcanzan el 100% de su rendimiento desde el mismo momento de su encendido, por lo que resultan más eficientes a largo plazo. El consumo con la iluminación de una bombilla LED, se caracteriza porque dura mucho y consume muy poco. Se estima que una bombilla LED tiene una duración aproximada de 70.000 horas, por lo que pueden llegar a durar hasta 50 años.

Lámpara LED
Lámpara LED

Energía Reactiva

La energía reactiva puede descompensar una instalación eléctrica y provocar efectos adversos, como la pérdida de potencia útil en las instalaciones, un menor rendimiento en los aparatos eléctricos conectados, e incluso caídas de tensión y perturbaciones en la red eléctrica (armónicos). Cualquier dispositivo que produzca un consumo de energía reactiva, debería incluir en su interior un circuito de compensación. Como esto no es muy habitual, debido a que los fabricantes siempre ahorran al máximo en el proceso de fabricación, dicho circuito de compensación habría que montarlo por fuera. En la industria, como las compañías eléctricas penalizan el consumo de la energía reactiva, se suelen instalar equipos de compensación ‘inteligentes’ en las proximidades del cuadro eléctrico.

Tipos de energía
Tipos de energía
Todas las bombillas de nueva generación (Gas-LED),  incluyen en su interior un pequeño circuito electrónico. A diferencia de las lámparas de incandescencia, estas lámparas producen un consumo de energía reactiva ‘extra’, al igual que sucede con los motores, transformadores, etc. Cuando se sustituye todo el alumbrado de una vivienda, pasando de bombillas de incandescencia a fluorescentes o LED, el consumo de energía reactiva se incrementa notablemente. Aunque en la actualidad las compañías eléctricas no penalizan el consumo de la energía reactiva en el hogar, sería muy útil disponer de un dispositivo de control para conocer estos consumos e intentar minimizarlos.
med_blancoEn el mercado existen diferentes tipos de medidores de energía reactiva, algunos incluso portátiles, pero normalmente ninguno de ellos mide igual que otro. A pesar de que la precisión de la medida de estos dispositivos no sea muy buena, nos pueden ser de utilidad como elemento de control para comparar entre dos tipos de lámpara o electrodoméstico a la hora de elegir entre uno de ellos.
med_negroSi nos decidimos por montar un medidor en el cuadro eléctrico, tenemos que asegurarnos antes de comprar el medidor si la instalación es monofásica o trifásica. Si el cuadro eléctrico es trifásico y compramos un medidor monofásico, sólo podríamos medir los valores y consumos en una de las tres fases.

Horno MICROONDAS

Ventajas y limitaciones de un horno de microondas, frente a un horno tradicional. Comportamiento de un horno microondas con diferentes tipos de alimentos. Prueba comparativa de funcionamiento entre una placa resistiva, otra de calentamiento por inducción y un horno microondas. Análisis de los resultados obtenidos en la prueba comparativa, consumo, eficiencia, etc.

Introducción

Los hornos de calentamiento por microondas se empezaron a utilizar de forma masiva a partir de los años 70’. El funcionamiento de los microondas se basa en la radiación electromagnética, que hace que las moléculas de agua se muevan con mucha rapidez, provocando calor por su fricción entre ellas. Los hornos microondas de uso doméstico trabajan a una frecuencia de 2,4 GHz. Así las moléculas de los alimentos vibrarán a una velocidad de 2.400 millones de veces por segundo. Como todos los alimentos contienen agua en mayor o menor medida, es posible calentar o cocinarlos utilizando hornos de microondas.

Funcionamiento

Estados del agua
Estados del agua

El calentamiento por microondas es más eficiente en el agua líquida que en el agua congelada. Esto es debido a que cuando el agua está en el estado sólido, el movimiento de sus moléculas es menor. Un horno de microondas también es menos eficiente en grasas y azúcares que en el agua líquida, debido a que su momento dipolar molecular es menor. Pero a cambio, como la capacidad calorífica específica de las grasas y aceites es más baja en relación al agua, y  su temperatura de vaporización es mayor…  los alimentos grasos alcanzan temperaturas mucho más altas que el agua cuando se calientan en un horno de microondas.

Un horno microondas puede provocar un exceso de calentamiento en algunos materiales con baja conductividad térmica, por ejemplo el vidrio, pudiendo llegar al embalamiento térmico… y fundirlo.

En los hornos microondas, dependiendo del contenido de agua y grasas, su profundidad de calentamiento puede ser de varios centímetros o más. Con un horno convencional por infrarrojos o por aire caliente, el calor se deposita en una fina capa de la superficie. La profundidad de penetración de las microondas depende de la composición de los alimentos y de la frecuencia del magnetrón, siendo las frecuencias de microondas más bajas (longitudes de onda más largas) las más penetrantes.

Penetración de las ondas

Las ondas del microondas de un horno doméstico, penetran en los alimentos entre 2 y 4 cm.  Por este motivo, cuando se calienta o cocina una porción grande, su interior no se cocina con la energía de estas ondas, sino por el calor que se produce en el horno, y por la transferencia de calor de las zonas que sí son alcanzadas por las ondas. Como consecuencia, el cocinado de porciones grandes no es uniforme y cuando se calientan alimentos, existen zonas más calientes que otras. Cuando se calientan líquidos en un horno de microondas,  es conveniente removerlos antes de consumirlos.

Los grandes hornos de microondas industriales, suelen funcionar a 915 MHz en lugar de 2,4 GHz. En estos hornos, la penetración del calor en los alimentos es mayor.

La ventaja principal de un horno microondas frente a otro convencional, es que el calor se produce en el interior del alimento, y esto hace que el cocinado sea muy rápido. En un horno convencional el alimento se cocina por la trasferencia de temperatura desde el interior del horno hacia el alimento. Como es necesario calentar el horno antes de cocinar, un horno convencional es más lento y menos eficiente que un horno microondas.

Pero eso no significa que el horno microondas es el sustituto del horno convencional, porque en un horno de microondas no se puede hornear un pastel, hacer un pan y tampoco gratinar… ambos hornos son compatibles, y si tuviéramos que elegir entre uno de los dos, lo más práctico sería comprar un horno mixto.

PRECAUCIONES

  • No se deben introducir objetos metálicos en el interior de un horno microondas. Los objetos metálicos provocan reflexiones y generar chispas en el interior del horno… así también se podría averiar el magnetrón por recalentamiento.
  • No se deben cocer huevos con cáscara, la presión del vapor en su interior podría hacerlos estallar.
  • No se debe utilizar el microondas para hervir líquidos, ya que el calor acumulado podría producir temperaturas superiores a los 100ºC, y causar quemaduras por salpicadura.

Efectividad calentando y comparativa

HornoTanto el horno eléctrico tradicional como el microondas parten de la misma base de funcionamiento, que es la de calentar los alimentos dentro de un contenedor cerrado y transfiriendo el calor sin contacto mecánico entre la fuente de calor y el alimento.

Placa de inducción
Placa de inducción

El principio de funcionamiento de una placa o cazo eléctrico, independientemente resistivo o de inducción, es totalmente diferente. El calor se transfiere a un contenedor metálico, el cazo, y por contacto mecánico se calienta el alimento. Si se pretende calentar con rapidez un alimento viscoso o sólido en una placa eléctrica, se quedaría toda la parte inferior quemada y el resto permanecería frío.. cosa que no sucedería en un horno resistivo o de microondas.

Placa resistiva

Horno microondasDe esta forma podríamos medir la energía que se consume en calentar un litro de agua con un hervidor, y compararla con la que se consume en un horno de microondas. Este resultado nos serviría para saber cuál de los dos electrodomésticos es el más adecuado para hervir agua, pero eso no significa que el que más energía ha consumido es poco eficiente.

Resultado de las medidas
Resultado de las medidas

 

 

LENTES RETICULARES

Mejorar la visión utilizando lentes reticulares, en lugar de las lentes ópticas tradicionales. Detalles del ojo humano: córnea, pupila, cristalino, retina, humor acuoso, humor vítreo, mácula, fóvea, etc. Ventajas e inconvenientes del uso de lentes reticulares, también conocidas como estenopéicas o pinhole en inglés. Construcción casera de unas lentes reticulares, utilizando una fresadora de control digital (CNC).

Lentes reticulares
Lentes reticulares

El ojo humano se compone de:

1-  Diafragma llamado pupila, cuyo diámetro está regulado por el iris

2-  Lente llamada cristalino, que se ajusta según la distancia mediante la tensión o relajación de los músculos ciliares

3 – Tejido sensible a la luz llamado retina

El ojo humano
El ojo humano

La luz penetra a través de la pupila, atraviesa el cristalino y se proyecta sobre la retina; y allí se transforma en impulsos nerviosos, gracias a las células fotorreceptoras. Finalmente, los impulsos nerviosos se trasladan al cerebro mediante el nervio óptico.

El globo ocular está lleno de un gel transparente llamado humor vítreo que rellena el espacio comprendido entre la retina y el cristalino.

En la porción anterior del ojo se encuentran dos pequeños espacios:

1-  Cámara anterior: entre la córnea y el iris

2- Cámara posterior: entre el iris y el cristalino

Estas cámaras están llenas de un líquido que se llama humor acuoso, cuyo nivel de presión, llamado presión intraocular y es muy importante para el correcto funcionamiento del ojo.

Para que los rayos de luz que penetran en el ojo se puedan enfocar en la retina, se deben refractar. La refracción requerida depende de la distancia que existe entre el objeto y el ojo. Un objeto distante requerirá menos refracción que otro más cercano.

La mayor parte de la refracción ocurre en la córnea, cuya curvatura es fija. Y la otra parte de la refracción se realiza en el cristalino. El cristalino puede cambiar de forma, aumentando o disminuyendo su capacidad de refracción.

RETINA

La parte más importante de la retina es la mácula, que es la zona con mayor agudeza visual. En el centro de la mácula se encuentra la fóvea que es un área muy pequeña y muy sensible a la luz.

La fóvea es el área de la retina donde se enfocan los rayos luminosos y es la zona encargada de proporcionar la visión aguda y detallada. Cualquier daño en la fóvea, tiene importantes consecuencias en la capacidad visual.

Otra zona importante es la papila óptica, que es el lugar por donde sale de la retina el nervio óptico. En la papila no existen células sensibles a la luz por lo que se conoce también como punto ciego.

Las células sensoriales de la retina reaccionan de forma distinta a la luz y los colores. Los bastones se activan en la oscuridad, y no permiten distinguir los colores (vista en blanco y negro). Cuando aumenta la luminosidad, los conos permiten la visión de los colores. Cada ojo tiene aproximadamente 7 millones de conos y 125 millones de bastones.

ENFOQUE DEL OJO

Si el músculo ciliar se contrae, el cristalino se hace más esférico y aumenta su poder de refracción  y esto permite enfocar la luz procedente de objetos cercanos. Cuando el músculo ciliar se relaja, el cristalino se hace menos esférico y disminuye su poder de refracción, y esto permite enfocar los objetos lejanos.

Al envejecer, el ser humano va perdiendo la capacidad de ajustar el enfoque. Este problema se conoce como presbicia o vista cansada.

DEFECTOS DE VISIÓN

MIOPÍA

La miopía es un defecto del ojo, en el que el punto focal se forma delante de la retina. Esta anomalía ocasiona la dificultad para ver de lejos. A cambio,  se mejora la visión de objetos muy próximos debido a su efecto ‘lupa’. La causa más frecuente de miopía es debida a un aumento en el diámetro del globo ocular, o al aumento en la curvatura de la córnea. La miopía suele ser progresiva en la etapa de crecimiento.

HIPERMETROPÍA

La hipermetropía provoca que los rayos de luz que inciden en el ojo se enfoquen en un punto situado detrás de la retina. Es el defecto inverso al de la miopía. A diferencia de la miopía, la hipermetropía no es progresiva y no afecta a la visión de lejos. Suele producir dolor de cabeza o cansancio, provocado por el esfuerzo continuado de acomodación que realiza el músculo ciliar al enfocar objetos cercanos… normalmente al leer.

PRESBICIA

La presbicia o vista cansada es un defecto genético, que comienza alrededor de los 40 años y va en aumento hasta después de los 60. Se produce por una pérdida progresiva y gradual de la elasticidad del cristalino y provoca la dificultad de ver con claridad los objetos cercanos. Los efectos son los mismos que  la Hipermetropía.

 ASTIGMATISMO

Es un defecto de visión, debido a diferencias de refracción entre dos meridianos oculares; provocando que los objetos se vean desenfocados. Generalmente está originado por una curvatura irregular en la zona anterior de la córnea, provocando que la refracción del meridiano vertical sea diferente al horizontal.

Lentes de corrección
Lentes de corrección

CORRECCIÓN

Para corregir el déficit de visión se pueden utilizar lentes comunes de distinto tipo.

Cóncavas : Corrigen la miopía

Convexas: Corrigen la presbicia (vista cansada) y la hipermetropía

Modeladas: Corrigen el astigmatismo

ALTERNATIVAS

Lentes: ESTENOPEICAS – RETICULARES – PINHOLE

Estas gafas se componen de una lámina opaca llena de pequeños agujeros, que pueden  ser cuadrados, hexagonales o redondos. Los agujeros  recogen la luz y la concentran perpendicularmente hacia el centro de la retina, apuntando hacia la fóvea (que es el punto de visión más nítido), el resto de luz es retenida por la opacidad entre agujeros.

Estas lentes requieren un tiempo de acomodación, provocado por las zonas opacas de la lente. Debido a la proximidad que existe entre lente y el ojo, se acomoda la vista hacia el objeto de interés, y el ojo desenfoca las zonas oscuras traduciéndolas como una falta de luz.

VENTAJAS

  • Las gafas reticulares pueden sustituir a  lentes entre +4 y -4 dioptrías, independientemente del tipo de problema: miopía, hipermetropía, vista cansada, astigmatismo… y además son la única clase de lentes que pueden dar una visión nítida con cataratas. También ayudan a una mejor integración de los ojos con problemas de estrabismo. Estos lentes son naturales y no necesitan ningún tipo de prescripción médica
  • Las gafas reticulares sirven de entrenamiento para que el ojo evite la mirada fija, por ejemplo viendo la TV, restableciendo el movimiento natural del ojo y mejorando la nitidez.
  • Las gafas reticulares no crean dependencia como las de lente convencional. Al quitárselas o ponérselas, el ojo no tiene que readaptar el cristalino.
  • Las gafas reticulares las puede utilizar cualquiera, incluso con visión normal para ejercitar el ojo, o simplemente como gafas de sol.
  • Las gafas de agujeros son más baratas que las de lente tradicional, no se ensucian y tampoco se empañan.

INCONVENIENTES

  • Las lentes de agujeritos no son indicadas para las actividades en la cual se requiere un movimiento rápido del ojo, tales como conducir un vehículo o realizar un deporte.
  • Tampoco son adecuadas en condiciones de muy baja luminosidad

LENTES  BIFOCALES

Cuando se necesita pasar rápidamente de una cierta distancia a otra diferente , el ajuste del ojo es más rápido y fácil con lentes bifocales. En las gafas reticulares, los orificios superiores son más pequeños y tupidos, y los inferiores son más grandes y distantes. Con las gafas reticulares, al pasar del sector superior al inferior no causa ningún problema ni distorsión, mientras que con las lentes bifocales normales o multifocales, si.