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 accionados eléctricamente que se utilizaban 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.
Los relojes eléctricos pueden funcionar mediante varios tipos diferentes de mecanismos:
En 1814, Sir Francis Ronalds de Londres inventó el primer reloj eléctrico. [3] 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. [4] Probó varios medios para regular la electricidad y estos modelos demostraron ser confiables en una variedad de condiciones meteorológicas. [5]
En 1815, Giuseppe Zamboni de Verona inventó y mostró otro reloj electrostático que funcionaba con pilas secas y una esfera oscilante. Su equipo produjo durante muchos años relojes mejorados, que más tarde fueron denominados "el movimiento más elegante y al mismo tiempo más simple producido hasta ahora por la columna eléctrica". [6] El reloj de Zamboni tenía una aguja vertical sostenida por un pivote y era tan eficiente energéticamente 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 impulsado por 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, obtuvieron otra patente importante que describe un reloj en el que se emplea un péndulo electromagnético y una corriente eléctrica para mantener el reloj funciona en lugar de resortes o pesas. Las patentes posteriores ampliaron sus ideas originales.
Numerosos personajes se propusieron inventar el reloj eléctrico con diseños electromecánicos y electromagnéticos hacia el 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 mérito de haber establecido la producción en serie de relojes eléctricos comercializables 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 un impulso ocasional. o conducir hasta 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 registrador para medir el tiempo.
Los primeros relojes eléctricos tenían péndulos prominentes porque tenían una forma y un diseño familiares. Los relojes más pequeños y los relojes con volante en espiral se fabrican según los mismos principios que los relojes de péndulo.
En 1918, Henry Ellis Warren inventó el primer reloj eléctrico sincrónico en Ashland, MA, que marcaba el tiempo a partir de las oscilaciones de la red eléctrica. [7] [8] En 1931, el Synclock fue el primer reloj eléctrico síncrono comercial vendido en el Reino Unido. [8]
Un 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 utilice 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. Hacia finales del siglo XIX, la disponibilidad de pilas secas hizo 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 fabricaban como piezas individuales, pero más comúnmente se utilizaban como partes integrales de instalaciones horarias sincronizadas. La experiencia en telegrafía llevó a conectar relojes remotos (relojes esclavos) mediante 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 amo y los esclavos son relojes electromecánicos. El reloj maestro tiene un mecanismo de reloj automático convencional que se rebobina eléctricamente. El mecanismo del reloj esclavo no es un mecanismo de reloj convencional, ya que consta únicamente 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 sincronizados se componen de un reloj maestro y cualquier número de relojes esclavos. Los relojes esclavos están conectados mediante cables al reloj maestro. Estos sistemas se encuentran en lugares donde se utilizarían múltiples relojes, como instituciones educativas, 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 remontoire de gravedad electromecánico . Estos sistemas de relojes de cuerda automática solían ser 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 preferido.
La configuración de este dispositivo es comparativamente muy sencilla y fiable. La corriente eléctrica alimenta un péndulo o un oscilador electromecánico .
El componente oscilador electromecánico tiene un imán adjunto que pasa por dos inductores . Cuando el imán pasa por el primer inductor o sensor, el amplificador simple hace que la corriente pase 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 de varias veces por segundo.
Un reloj eléctrico síncrono no contiene un oscilador de cronometraje como un péndulo o un volante, sino que cuenta las oscilaciones de la corriente alterna de su enchufe de pared para mantener el tiempo. Consiste en un pequeño motor síncrono de CA , que hace girar las manecillas del reloj mediante un tren de engranajes reductores . [9] 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 de modo que el minutero gira una vez por hora. Así, el reloj síncrono puede considerarse no tanto un cronometrador como un contador mecánico, cuyas manecillas muestran la cuenta corriente del número de ciclos de corriente alterna. [9]
Uno de los engranajes que hace 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 inferior para ajustar el reloj.
Los relojes de motor síncrono son resistentes porque no tienen un péndulo ni un volante delicados. Sin embargo, un corte de energía temporal detendrá el reloj, lo que mostrará la hora incorrecta cuando se restablezca la energía. Algunos relojes síncronos (por ejemplo, Telechron ) tienen un indicador que muestra si se ha detenido y reiniciado.
Algunos relojes eléctricos tienen un motor síncrono bipolar simple 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 la línea. Esto permite construir el tren de engranajes que hace girar las manecillas con menos engranajes, ahorrando dinero. [11]
La precisión de los relojes síncronos depende de qué tan cerca las empresas eléctricas mantengan la frecuencia de su corriente al valor nominal de 50 o 60 hercios. Aunque las variaciones de carga de los servicios públicos causan fluctuaciones de frecuencia que pueden resultar en errores de unos pocos segundos durante el transcurso de un día, los servicios públicos ajustan periódicamente la frecuencia de su corriente usando el tiempo 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] [ verificación fallida ] Las empresas de servicios públicos estadounidenses corrigen su frecuencia una vez que el error acumulativo ha alcanzado entre 3 y 10 segundos. Esta corrección se conoce como Corrección de errores de tiempo (TEC).
En 2011, la North American Electric Reliability Corporation (NERC), [14] una organización industrial basada en el consenso, solicitó a la Comisión Federal Reguladora de Energía (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 . [16] Esta consecuencia fue informada en los medios de comunicación estadounidenses, [17] y la iniciativa fue abandonada. Sin embargo, a finales de 2016 el NERC volvió a presentar una propuesta similar a la FERC, que fue aprobada dos meses después. [12] Depende de la eliminación de la norma WEQ-006, y el NERC también solicitó a la Junta de Normas de Energía de América del Norte (NAESB), [18] una organización no gubernamental orientada a los negocios, que eliminara esa norma. 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; sin embargo, a partir de 2021, WEQ-006 todavía estaba vigente. [19] En un documento técnico, empleados del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y el Observatorio Naval de EE. UU. señalaron que, si no se hubieran insertado TEC en 2016, los relojes cronometrados eléctricamente habrían perdido más de siete minutos durante gran parte del tiempo. Estados Unidos y Canadá, como se muestra en la Figura 8 de su artículo. [12]
Los primeros relojes síncronos de la década de 1930 no tenían arranque automático y debían ponerse en marcha girando un botón de arranque en la parte posterior. [9] Un defecto en el diseño de estos relojes de arranque giratorio era que el motor podía arrancarse en cualquier dirección, por lo que si se giraba la perilla de arranque en la dirección incorrecta, el reloj funcionaba hacia atrás y las manecillas giraban en sentido contrario a las agujas del reloj. Los relojes posteriores con arranque manual tenían trinquetes u otros mecanismos que impedían el arranque hacia atrás. La invención del motor de polos sombreados permitió fabricar relojes con arranque automático, pero dado que el reloj se reiniciaba después de un corte de energía, el reloj daba la hora incorrecta en lugar de detenerse en el momento del corte de energía.
