Reloj eléctrico

Un reloj eléctrico es aquel que funciona con electricidad , a diferencia de un reloj mecánico, que funciona con un peso o un muelle . El término se suele aplicar a los relojes mecánicos eléctricos que se usaban antes de la introducción de los relojes de cuarzo en la década de 1980. Los primeros relojes eléctricos experimentales se construyeron alrededor de la década de 1840, pero su producción no se generalizó hasta que se dispuso de la red eléctrica en la década de 1890. En la década de 1930, el reloj eléctrico síncrono sustituyó a los relojes mecánicos como el tipo de reloj más utilizado.

Los relojes eléctricos pueden funcionar mediante varios tipos de mecanismos diferentes:

Relojes electromecánicos

Estos relojes cuentan con un mecanismo mecánico tradicional que marca el tiempo mediante un péndulo oscilante o un volante accionado por un tren de engranajes mediante un muelle real , pero utilizan electricidad para dar cuerda al muelle real con un motor eléctrico o un electroimán . Este mecanismo se encuentra principalmente en relojes antiguos.

relojes de remontoire eléctricos

Estos relojes cuentan con engranajes accionados por un pequeño muelle o palanca con contrapeso, llamado remontoire , que se daba cuerda con mayor frecuencia mediante un motor eléctrico o un electroimán. Este mecanismo era más preciso que un muelle real, ya que el enrollado frecuente compensaba las variaciones en la marcha del reloj causadas por la fuerza variable del muelle al desenrollarse. Se utilizó en relojes de péndulo de precisión y en relojes de automóviles hasta la década de 1970.

Relojes electromagnéticos

Estos relojes funcionan con un péndulo o volante, pero los impulsos que lo mantienen en movimiento no provienen de un mecanismo mecánico de escape , sino de la fuerza magnética de un electroimán ( solenoide ). Este fue el mecanismo utilizado en los primeros relojes eléctricos y se encuentra en relojes de péndulo eléctricos antiguos. También se halla en algunos relojes de sobremesa y de sobremesa decorativos modernos.

Relojes síncronos

Estos relojes se basan en la frecuencia de 50 o 60  Hz de la red eléctrica de corriente alterna como fuente de sincronización, accionando los engranajes con un motor síncrono . Básicamente, cuentan los ciclos del suministro eléctrico. Si bien la frecuencia real puede variar con la carga de la red, el número total de ciclos por 24 horas se mantiene rigurosamente constante, de modo que estos relojes pueden marcar la hora con precisión durante largos periodos, salvo cortes de luz ; a lo largo de los meses, son más precisos que un reloj de cuarzo convencional. Este era el tipo de reloj más común en la década de 1930, pero actualmente ha sido reemplazado en gran medida por relojes de cuarzo.

Relojes de diapasón

Estos relojes miden el tiempo contando las oscilaciones de un diapasón calibrado a una frecuencia específica. Solo se fabricaban con pilas. Se han fabricado relojes con pilas utilizando los esquemas anteriores, con la obvia excepción del movimiento síncrono. La mayoría de los relojes con pilas han sido reemplazados por el movimiento de cuarzo, de menor costo.

relojes de cuarzo

Estos son relojes eléctricos que miden el tiempo contando las oscilaciones de un cristal de cuarzo vibrante . Utilizan circuitos modernos de corriente continua de bajo voltaje, que pueden alimentarse con una batería o con la red eléctrica. Son el tipo de reloj más común hoy en día. Los relojes de cuarzo suministrados por el fabricante suelen mantener la hora con un error de unos pocos segundos por semana, aunque a veces más. ^{[ 1 ]} Los movimientos de cuarzo económicos suelen especificarse para mantener la hora dentro de 30 segundos por mes (1 segundo por día, 6 minutos por año). ^{[ 2 ]} Se puede lograr un error menor mediante la calibración individual si es posible el ajuste, sujeto a la estabilidad del oscilador, particularmente con los cambios de temperatura. Se puede lograr una mayor precisión a un costo mayor.

Relojes radiocontrolados

Se trata de relojes de cuarzo que se sincronizan periódicamente con la escala horaria del reloj atómico UTC mediante señales horarias de radio emitidas por estaciones especializadas en todo el mundo. Son distintos de los radiodespertadores .

En 1814, Sir Francis Ronalds de Londres inventó el primer reloj eléctrico. ^{[ 3 ]} Funcionaba 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. ^{[ 4 ]} Experimentó con diversos métodos para regular la electricidad y estos modelos demostraron ser fiables en una amplia gama de condiciones meteorológicas. ^{[ 5 ]}

En 1815, Giuseppe Zamboni, de Verona, inventó y presentó otro reloj electrostático que funcionaba con pilas secas y una esfera oscilante. Su equipo produjo relojes mejorados durante muchos años, que posteriormente fueron descritos como «el mecanismo más elegante y a la vez el más sencillo jamás producido 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 sola pila 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. ^{[ 7 ]} Su patente original de reloj eléctrico data del 10 de octubre de 1840. El 11 de enero de 1841, Alexander Bain, junto con John Barwise, un fabricante de cronómetros, obtuvo otra patente importante que describía un reloj en el que se empleaba un péndulo electromagnético y una corriente eléctrica para mantenerlo en funcionamiento en lugar de resortes o pesas. Patentes posteriores ampliaron sus ideas originales.

Hacia el año 1840, numerosas personas, como Wheatstone, Steinheil, Hipp, Breguet y Garnier, tanto en Europa como en América, se propusieron inventar el reloj eléctrico con diseños electromecánicos y electromagnéticos.

A Matthäus Hipp , relojero alemán , se le atribuye la creación del reloj eléctrico de producción en serie y comercializable. Hipp abrió un taller en Reutlingen , donde desarrolló un reloj eléctrico con el mecanismo Hipp-Toggle, presentado en Berlín en una exposición en 1843. El Hipp-Toggle es un dispositivo acoplado a un péndulo o volante que permite, electromecánicamente, un impulso o movimiento ocasional al péndulo o volante cuando su amplitud de oscilación cae por debajo de cierto nivel. Su eficacia fue tal que 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 la medición del tiempo.

Los primeros relojes eléctricos tenían péndulos prominentes, ya que esta era una forma y un diseño familiares. Los relojes más pequeños y los relojes de pulsera con volante en espiral se fabrican siguiendo los mismos principios que los relojes de péndulo.

En 1918, Henry Ellis Warren inventó el primer reloj eléctrico síncrono en Ashland, Massachusetts, que medía la hora a partir de las oscilaciones de la red eléctrica. ^{[ 8 ] [ 9 ]} En 1931, el Synclock fue el primer reloj eléctrico síncrono comercial vendido en el Reino Unido. ^{[ 9 ]}

Un reloj que utiliza electricidad para alimentar un mecanismo convencional es un reloj electromecánico. Cualquier reloj de cuerda o de pesas que utilice electricidad (CA o CC) para dar cuerda a la cuerda o elevar la pesa de un reloj mecánico es un reloj electromecánico. En los relojes electromecánicos, la electricidad no cumple ninguna función de cronometraje. Esta función la regula el péndulo. A finales del siglo XIX, la disponibilidad de la pila seca hizo posible el uso de energía eléctrica en los relojes. El uso de la electricidad propició entonces numerosas variaciones en el diseño de relojes y motores. Los relojes electromecánicos se fabricaban como piezas individuales, pero lo más común era utilizarlos como parte integral de sistemas de sincronización horaria. La experiencia en telegrafía permitió conectar relojes remotos (relojes esclavos) mediante cables a un reloj de control (reloj maestro). El objetivo era crear un sistema en el que todos los relojes mostraran exactamente la misma hora. El maestro y los esclavos son relojes electromecánicos. El reloj maestro tiene un mecanismo de cuerda automática convencional que se da cuerda 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 de engranajes. Los relojes esclavos dependen de impulsos eléctricos del reloj maestro para mover mecánicamente las manecillas una unidad de tiempo. Los sistemas de tiempo sincronizado se componen de un reloj maestro y varios relojes esclavos. Los relojes esclavos están conectados por cables al reloj maestro. Estos sistemas se encuentran en lugares donde se utilizan varios 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 electromecánico por gravedad . Estos sistemas de reloj de cuerda automática solían funcionar con corriente continua de bajo voltaje. Se instalaron hasta la década de 1950, cuando los sistemas con relojes de motor síncrono se estaban convirtiendo en el sistema de relojería preferido.

La configuración de este dispositivo es relativamente muy simple y fiable. La corriente eléctrica alimenta un péndulo o un oscilador electromecánico .

El oscilador electromecánico incorpora un imán que pasa por dos inductores . Al pasar el imán por el primer inductor o sensor, un amplificador simple genera una corriente a través del segundo inductor, que actúa 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 inmóvil. 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 la red eléctrica para mantener la hora. Consta de un pequeño motor síncrono de CA que hace girar las manecillas mediante un tren de engranajes reductores . ^{[ 10 ]} 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 eléctrica : 60 ciclos por segundo (Hz) en Norteamérica y partes de Sudamérica, y 50 ciclos por segundo en la mayoría de los demás países. El tren de engranajes ajusta esta rotación para que la manecilla de los minutos gire una vez por hora. Por lo tanto, el reloj síncrono puede considerarse no tanto un cronometrador como un contador mecánico, cuyas manecillas muestran el número de ciclos de corriente alterna. ^{[ 10 ]}

Uno de los engranajes que hacen girar las manecillas del reloj tiene un eje con un acoplamiento de fricción deslizante, de modo que las manecillas se pueden girar manualmente mediante una perilla situada en la parte posterior o inferior para ajustar la hora.

Los relojes con motor síncrono son robustos porque no tienen un péndulo ni un volante delicados. Sin embargo, un corte de energía temporal detendrá el reloj, que mostrará la hora incorrecta cuando se restablezca la electricidad. Algunos relojes síncronos (por ejemplo, Telechron ) tienen un indicador que muestra si se ha detenido y reiniciado.

Exactitud

La precisión de los relojes síncronos depende de cuán cerca mantengan las compañías eléctricas la frecuencia de su corriente del valor nominal de 50 o 60 hercios. Aunque las variaciones de carga de la compañía eléctrica causan fluctuaciones de frecuencia que pueden resultar en errores de unos pocos segundos durante el transcurso de un día, las compañías eléctricas ajustan periódicamente la frecuencia de su corriente utilizando la hora del reloj atómico UTC para que el número total de ciclos en un día dé una frecuencia promedio que sea exactamente el valor nominal, por lo que los relojes síncronos no acumulan errores. ^{[ 13 ]} Por ejemplo, las compañías eléctricas europeas controlan la frecuencia de su red una vez al día para que el número total de ciclos en 24 horas sea correcto. ^{[ 14 ]} Las compañías eléctricas estadounidenses corrigen su frecuencia una vez que el error acumulado ha alcanzado 3–10 segundos. Esta corrección se conoce como Corrección de Error de Tiempo (TEC).

En 2011, la North American Electric Reliability Corporation (NERC), ^{[ 15 ]} una organización industrial basada en el consenso, solicitó a la Comisión Federal Reguladora de Energía (FERC) ^{[ 16 ]} 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 señaló que los relojes síncronos, que incluyen relojes de pared, despertadores y otros relojes que calculan la hora en función de su energía eléctrica, acumularían varios minutos de error entre los reinicios semestrales para el horario de verano . ^{[ 17 ]} Esta consecuencia fue reportada en los medios de comunicación estadounidenses, ^{[ 18 ]} y la iniciativa fue abandonada. Sin embargo, a finales de 2016, la NERC presentó nuevamente una propuesta similar a la FERC, que fue aprobada dos meses después. ^{[ 13 ]} Depende de la eliminación de la norma WEQ-006, y la NERC también solicitó a la Junta de Normas Energéticas de América del Norte (NAESB), ^{[ 19 ]} una organización no gubernamental orientada a los negocios, que elimine dicha norma. Si la FERC adopta la solicitud de la NAESB, los TEC ya no se utilizarán en Estados Unidos y Canadá, y es probable que los relojes sincronizados con ellos se desajusten sin control hasta que se reinicien manualmente; sin embargo, a partir de 2021, la WEQ-006 seguía vigente. ^{[ 20 ]} En un documento técnico, empleados del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y del Observatorio Naval de Estados Unidos señalaron que, de no haberse insertado los TEC en 2016, se habrían perdido más de siete minutos en los relojes sincronizados eléctricamente en gran parte de Estados Unidos y Canadá, como se muestra en la Figura 8 de su documento. ^{[ 13 ]}

• Reloj maestro
• Reloj de sincronómetro de Shortt
• Reloj automático

• Virádez, Michel. Historia de los relojes eléctricos.
• Katz, Eugenio. Biografía de Alexander Bain
• Electromotriz perpetua de Giuseppe Zamboni
• Chirkin, K. Relojes electromecánicos. Radio, 7 (1968): pág.  43.