Interruptor de mercurio

Un interruptor de mercurio es un interruptor eléctrico que abre y cierra un circuito cuando una pequeña cantidad de mercurio líquido conecta electrodos metálicos para cerrar el circuito. Existen varios diseños básicos diferentes (inclinación, desplazamiento, radial, etc.), pero todos comparten la resistencia de diseño común de los contactos del interruptor que no se erosionan.

El más común es el interruptor de inclinación de mercurio . Está en un estado (abierto o cerrado) cuando se inclina en una dirección con respecto a la horizontal, y en el otro estado cuando se inclina en la otra dirección. Esto es lo que usaban los termostatos de estilo antiguo para encender o apagar un calentador o un aire acondicionado.

El interruptor de desplazamiento de mercurio utiliza un "émbolo" que se sumerge en un charco de mercurio, elevando el nivel en el recipiente hasta entrar en contacto con al menos un electrodo. Este diseño se utiliza en relés en aplicaciones industriales que necesitan conmutar cargas de alta corriente con frecuencia. Estos relés utilizan bobinas electromagnéticas para introducir manguitos de acero en el interior de recipientes herméticamente sellados .

Entre 1905 y 1910 se inventaron varios interruptores de mercurio, pero el interruptor de "mercurio en envoltura de vidrio" comenzó con la patente 1598874 (presentada el 19 de enero de 1922 por Louis Phelan), ^[1] que evolucionó hasta convertirse en un interruptor de mercurio más moderno con una envoltura de vidrio tubular recta a través de la patente 2232626 (presentada el 7 de octubre de 1937 por Harold Olson de Honeywell ). ^[2]

Los interruptores de mercurio tienen uno o más conjuntos de contactos eléctricos en una envoltura de vidrio sellada que contiene una pequeña cantidad de mercurio. La envoltura también puede contener hidrógeno a presión, un gas inerte o vacío. La gravedad atrae constantemente la gota de mercurio hasta el punto más bajo de la envoltura. Cuando el interruptor se inclina en la dirección adecuada, el mercurio toca un conjunto de contactos, completando así un circuito eléctrico. Inclinar el interruptor en la dirección opuesta aleja el mercurio de ese conjunto de contactos, interrumpiendo ese circuito. ^[3] El interruptor puede contener múltiples conjuntos de contactos, cerrando diferentes conjuntos en diferentes ángulos, lo que permite, por ejemplo, el funcionamiento unipolar de doble tiro ( SPDT ).

Los interruptores de mercurio ofrecen varias ventajas sobre otros tipos de interruptores:

• Los contactos están cerrados, por lo que la oxidación de los puntos de contacto es imposible.
• En lugares peligrosos , interrumpir el circuito no emite una chispa que pueda encender gases inflamables.
• Los contactos se mantienen limpios e incluso si se produce un arco interno, las superficies de contacto se renuevan en cada operación, por lo que no se desgastan.
• Incluso una pequeña gota de mercurio tiene baja resistencia, por lo que los interruptores pueden transportar cantidades útiles de corriente en un tamaño pequeño. ^[4]
• La sensibilidad de la gota a la gravedad proporciona una función de detección única y se adapta a mecanismos simples que requieren poca fuerza para operación manual o automática.
• Los interruptores son silenciosos ya que ningún contacto se junta abruptamente.
• La masa de la gota de mercurio en movimiento proporciona un efecto de sobrecentro para evitar vibraciones cuando el interruptor se inclina.
• La envoltura puede incluir contactos para dos o más circuitos.

Los interruptores de mercurio tienen varias desventajas:

• El electrodo expuesto de forma intermitente tiende a dañarse debido al calor intenso y la fuerza destructiva del arco eléctrico que se forma cuando el circuito se abre o se cierra, en particular si el circuito se abre bajo una gran carga inductiva. Se han utilizado ciertos materiales refractarios para revestir este electrodo y mitigar este efecto.
• Su velocidad de funcionamiento relativamente lenta (debido a la inercia de la gota de mercurio) los hace inadecuados para aplicaciones que requieren muchos ciclos de funcionamiento por segundo. ^[5]
• Las envolturas de vidrio y los electrodos de alambre pueden ser frágiles y requieren cables flexibles para evitar dañar la envoltura.
• La gota de mercurio forma un electrodo común, por lo que los circuitos no están aislados entre sí en un interruptor multipolar.
• Su sensibilidad a la gravedad puede hacerlos inadecuados en dispositivos portátiles o móviles que puedan cambiar de orientación o vibrar.
• Los compuestos de mercurio son altamente tóxicos y se acumulan en cualquier cadena alimentaria , por lo que los códigos de seguridad excluyen el mercurio en muchos diseños nuevos.

Los interruptores de inclinación brindan una advertencia de vuelco o caída para aplicaciones como equipos de construcción y vehículos elevadores que operan en terrenos accidentados. Existen varios tipos sin mercurio, pero pocos se implementan debido a su sensibilidad a los golpes y las vibraciones, lo que provoca disparos falsos. Sin embargo, existen dispositivos resistentes a los golpes y las vibraciones.

Los fabricantes de automóviles solían utilizar interruptores de mercurio para los controles de iluminación (por ejemplo, las luces de la tapa del maletero), el control de la suspensión y los sistemas de frenos antibloqueo . Los automóviles desechados pueden filtrar mercurio al medio ambiente si estos interruptores no se retiran correctamente. Desde 2003, los automóviles nuevos fabricados en Estados Unidos ya no utilizan interruptores de mercurio. ^{[6] [7]}

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Mientras hacía más investigaciones en la década de 1950, el fundidor de campanas austriaco de Viena , Josef Pfundner jr., decidió desarrollar una nueva forma de electrificar las campanas de las iglesias. Austria ya estaba llena de motores de la fábrica alemana de Herford, que usaban motores con frenos y caja de cambios para cambiar la dirección de rotación y mantener el ángulo de oscilación óptimo, y de esa manera, cambiar la dirección de oscilación de la campana. Esta opción no era asequible, por lo que Pfundner decidió experimentar algo diferente. La opción del motor con freno e interruptor de mercurio era una solución económicamente mejor, pero mucho más sensible. Un error al colocar este interruptor en el yugo de la campana podría ser fatal para la campana, ya que la campana podría agrietarse si uno de los interruptores se rompiera. Este tipo de "caja de cambios" en el yugo contenía 4 interruptores de mercurio, lo que significa 2 interruptores para cada dirección, y estaba conectada con un cable que estaba unido al motor, de manera que cambiara la dirección de oscilación mientras la campana estaba sonando. El ángulo de oscilación se podía ajustar simplemente moviendo un poco los interruptores. Un movimiento de un grado más podría ser fatal para la campana o incluso podría reducir demasiado el ángulo de giro. Desde que Josef Pfundner cerró la fundición de campanas en 1971, la fundición de campanas Grassmayr de Innsbruck en el Tirol había adquirido una licencia para utilizar dicha patente y continuó utilizándola para su propia electrificación hasta principios de la década de 2000. Algunos electrificadores en Croacia también adoptaron este sistema, como Alojz Domislović, su sucesor Luka Ivandija y un poco más tarde Ivan Bosilj. Ivan Bosilj dejó de utilizar interruptores de mercurio en 2000. En Vojvodina, Serbia, el mismo sistema lo utilizó el electrificador Mihaly Rozsa, pero como dejó de trabajar después de cierto tiempo, sus sistemas no recibieron mantenimiento hasta finales de 2019 y principios de 2020. Ahora, un electricista de Bečej se encarga del mantenimiento de sus obras y realiza la electrificación con interruptores de mercurio y motores con freno por sí mismo.

El trabajo que se realiza en espacios reducidos (por ejemplo, un soldador dentro de un tanque) plantea problemas de seguridad especiales. Los interruptores de inclinación hacen sonar una alarma si un trabajador se cae.

Los indicadores de actitud accionados eléctricamente suelen utilizar interruptores de mercurio para mantener el eje del giroscopio en posición vertical. Cuando el giroscopio no está en posición vertical, los interruptores de mercurio activan motores de par que mueven la posición del giroscopio a la posición correcta. (Los indicadores de actitud accionados por aire utilizan un principio de funcionamiento diferente).

Los interruptores de mercurio eran comunes en los termostatos bimetálicos . El peso de la gota de mercurio móvil proporcionaba cierta histéresis mediante un grado de acción sobre el centro . El resorte bimetálico tenía que moverse más para vencer el peso del mercurio, tendiendo a mantenerlo en la posición abierta o cerrada. El mercurio también proporcionaba una conmutación de encendido y apagado positiva y podía soportar millones de ciclos sin degradación del contacto.

Algunos timbres antiguos, por ejemplo, el soviético ZM-1U4, utilizan interruptores de mercurio como interruptores de corriente.

Algunos presostatos utilizan un tubo Bourdon y un interruptor de mercurio. La pequeña fuerza generada por el tubo hace funcionar el interruptor de manera confiable.

Los interruptores de mercurio todavía se utilizan en sistemas electromecánicos en los que la orientación física de los actuadores o rotores es un factor. También se utilizan comúnmente en máquinas expendedoras para alarmas de inclinación que detectan cuando alguien intenta balancear o inclinar la máquina para que venda un producto.

Un interruptor de inclinación puede activar una bomba. ^{[8] [9]} Los interruptores de inclinación de mercurio se pueden encontrar en algunas espoletas de bombas y minas terrestres , generalmente en forma de dispositivos antimanipulación , por ejemplo, una variante de la mina VS-50 .

Dado que el mercurio es un metal pesado tóxico , los dispositivos que contienen interruptores de mercurio deben tratarse como desechos peligrosos para su eliminación. Debido a que ahora está restringido por RoHS , la mayoría de las aplicaciones modernas lo han eliminado. Una bola de metal y cables de contacto pueden reemplazarlo directamente, pero pueden requerir circuitos adicionales para eliminar el rebote del interruptor . Los termostatos de baja precisión utilizan una tira bimetálica y un contacto de interruptor. Los termostatos de precisión utilizan un termistor o un sensor de temperatura de silicio. Los acelerómetros de bajo costo reemplazan el interruptor de inclinación de mercurio en aplicaciones de precisión.

En los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) regula la disposición y liberación de mercurio. ^[10] Cada estado y localidad puede promulgar regulaciones adicionales sobre el uso o la disposición del mercurio.

• Válvula de arco de mercurio , un dispositivo rectificador diseñado para voltajes/corrientes eléctricas elevadas.
• Batería de mercurio , una batería electroquímica
• Coulómetro de mercurio , un dispositivo de química electroanalítica que determina la cantidad de materia transformada durante una reacción de mercurio.
• Sonda de mercurio , un dispositivo de sondeo eléctrico para tomar muestras con fines de caracterización eléctrica.
• Conmutador giratorio de mercurio , un circuito eléctrico, interruptor de inversión de corriente que utiliza el elemento mercurio
• Relé humedecido con mercurio
• Relé de mercurio

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• Cómo adaptar un interruptor de mercurio para el control de un robot