¿Por qué los grifos y los electrodomésticos comienzan con una sobretensión cuando los enciende y luego reducen el flujo después de algunos segundos?

Answer 1

Los sistemas de agua y electricidad lo hacen por razones completamente diferentes.

Agua:

Cuando no fluye agua, la presión en el sistema aumenta hasta su valor máximo. Esto depende de la presión de la compañía de agua y también varía con la elevación del grifo particular que abra. Esto está cubierto por algo llamado Ley de Pascal que dice que la presión en un fluido se igualará en todo el recipiente.

Cuando el agua comienza a fluir, la presión disminuye porque a medida que el agua comienza a moverse a través de la tubería, hay fricción entre el agua y la superficie interior de la tubería. Simplemente puede pensar en esto como una resistencia al flujo de agua. Esto se debe a la viscosidad y al diámetro de la tubería. Entonces, a medida que el flujo se acelera, la presión continúa bajando hasta alcanzar una presión más baja y estable causada por toda esa resistencia de las tuberías.

Eléctrico:

El aumento repentino en un sistema eléctrico se debe principalmente a tres efectos diferentes.

El primero es la bombilla incandescente. Cuando el filamento de la bombilla incandescente está frío, a temperatura ambiente, tiene una resistencia mucho menor que la que tiene cuando se calienta y produce luz. Esta resistencia al frío puede ser 1/15 – 1/10 de la resistencia al calor. ¡Esto significa que su corriente inicial puede ser de 10 a 15 veces la corriente de funcionamiento! Por lo tanto, cuando se enciende por primera vez durante los pocos ciclos de CA, la resistencia es muy baja y la corriente es muy alta. La corriente cae muy rápidamente a medida que el filamento se calienta y comienza a producir luz. Esta es también la razón por la cual las bombillas incandescentes se queman con frecuencia con un breve destello y un tintineo, cuando las enciende por primera vez. El viejo filamento adelgazado es demasiado delgado para soportar tanta corriente y se quema en un solo lugar.

El aumento del segundo lugar ocurre comúnmente cuando se enciende una pieza electrónica. Es muy común que la electrónica use lo que se llama un filtro de entrada de condensador. Y apagados los electrodomésticos, estos condensadores descargan hasta 0 voltios. Cuando se aplica energía por primera vez, generalmente no hay mucho para limitar la corriente para cargar estos condensadores y se extrae una corriente considerablemente mayor durante los primeros ciclos de CA a medida que estos condensadores se cargan y la corriente disminuye constantemente hasta que alcanza su voltaje de funcionamiento .

La corriente de sobretensión en la electrónica es peor si la alimentación se enciende durante la parte más alta del ciclo de CA. Si se enciende la alimentación durante una parte de voltaje más bajo del ciclo, esta sobretensión será menor.

Notaré que el cableado eléctrico también tiene resistencia al flujo. Sin embargo, este efecto no es tan pronunciado como en el sistema de agua.

La oleada causa de las sobretensiones en los motores. Cuando un motor no gira, consume una corriente extremadamente alta. Esto también puede ser 10 veces la corriente actual. Este efecto se debe a que todos los motores también son generadores.

Cuando el motor no está girando, no está generando ningún voltaje y el voltaje total del voltaje de suministro a este voltaje interno cero aparece a través de la resistencia interna del motor, con este alto voltaje a través de la resistencia interna del motor, la corriente será, por lo tanto, la más alta. A medida que el motor se acelera, el voltaje generado internamente aumenta y el voltaje a través de la resistencia interna disminuye. El voltaje decreciente a través de la resistencia interna significa que el motor consume menos corriente a medida que aumenta la velocidad.

Answer 2

Pensemos ahora solo en los grifos, aunque el caso de los electrodomésticos es similar.

Siempre hay una caída de presión debido a la pérdida de energía cuando el agua fluye; ese es el costo de empujar el agua a través de una tubería. Un sistema de plomería bien diseñado explica eso al dimensionar adecuadamente las líneas para el flujo requerido: una llave pequeña puede usar líneas más pequeñas que las que necesitaría una manguera contra incendios.

Además, la pérdida de presión es proporcional al flujo: cuanto mayor es el flujo y cuanto menor es la línea, mayor es la pérdida de presión.

Pero, ¿qué sucede cuando se apaga el flujo? La presión en toda la línea puede alcanzar la misma presión que en el punto de suministro (suponiendo que estén a la misma elevación).

Luego, solo para esa primera instancia cuando se abre el grifo, el agua está a esa alta presión. A medida que se establece el flujo, la pérdida de presión también se restablece, lo que conduce a un flujo más bajo después del aumento inicial.

Answer 3

En el caso del grifo de agua, el aumento de corriente probablemente sea causado por una bolsa de aire compresible en la tubería cerca del grifo, como un “pararrayos de agua”. Esto provoca el almacenamiento y la liberación de energía mecánica, de manera similar al almacenamiento de energía eléctrica por un condensador en un circuito eléctrico RC (resistencia / condensador) que se enciende o apaga repentinamente.

De hecho, utilicé un equivalente eléctrico para este modelo de grifo de agua para resolver un problema de diseño en mi primer trabajo de ingeniería después de graduarme de la universidad. Teníamos un pequeño motor eléctrico de CC que no arrancaba de manera confiable cuando un relé lo encendía. El motor había sido conectado en serie con una resistencia variable, que se utilizó para reducir su velocidad. Me di cuenta de que al instalar un pequeño condensador electrolítico que solo se conectaría en paralelo con el motor cuando se conecta el relé, el condensador podría almacenar y luego liberar una pequeña sobrecarga de corriente para superar la fricción de arranque del motor. El sistema funcionó de manera confiable y se entregó al cliente.

Este diseño analógico simple y elegante fue una solución adecuada hace varias décadas, justo antes del advenimiento de los chips de microcomputadora de bajo costo. Hoy en día, podría implementarse en software en un microprocesador incorporado, con el motor de CC posiblemente reemplazado por un pequeño motor paso a paso.

Answer 4

En el caso del flujo de agua de un grifo, la causa de ese aumento inicial puede ser una burbuja de aire, atrapada en algún lugar de la tubería que conduce al grifo y (naturalmente) bajo cierta cantidad de presión, tal vez en un punto donde la tubería estaba a una elevación más alta que la del grifo (de modo que cualquier aire, al subir, pueda quedar atrapado allí). El “aire” podría resultar de la “desgasificación” del agua.