Maquinas Electricas

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BITACORA DE MAQUINAS ELECTRICAS

EQUIPO NÚMERO: 1

CLAVE DE LA MATERIA:

AEF – 1040

CLAVE DEL GRUPO:

5F1-A

PROFESOR TITULAR:

M.C. VICENTE GONZÁLEZ ARREGUI

H. VERACRUZ, VER. 14 de Diciembre de 2015

INTENGRANTES DEL EQUIPO:

AQUINO ESPEJEL TANIA

CAMPOS LIMON OSCAR

CHANTIRI SOLIS JORGE ALBERTO

CHÁVEZ FLORES JOSÉ LUIS

CONTRERAS ORTIZ DANIELA

CRUZ RUIZ LUIS FRANCISCO

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ÍndiceIntroducción......................................................................................................... I

Programa de la asignatura.................................................................................. II

Temario de la asignatura.....................................................................................13

1. Principios y fundamentos de máquinas eléctricas.........................................14

1.1.Estudio del campo magnético..................................................................141.2.Análisis de circuitos magnéticos..............................................................181.3.Análisis de excitación en CA y CD. Conexiones.....................................311.4.Principio motor-generador.......................................................................34

2. Transformadores............................................................................................41

2.1.Función, elementos físicos y su clasificación..........................................412.2. Inductancias propia y mutua....................................................................472.3.Análisis de la impedancia reflejada.........................................................502.4.Análisis del circuito equivalente del transformador..................................522.5.Transformador real..................................................................................552.6.Regulación de tensión y eficiencia..........................................................592.7.Conexiones trifásicas del transformador.................................................60

3. Motores y generadores de corriente directa..................................................65

3.1.Fuerza electromotriz inducida..................................................................653.2.Análisis del circuito equivalente...............................................................673.3.Tipos de generadores

(excitación separada, derivación, serie y compuesto).............................693.4.Motores de corriente directa. Fuerza contraelectromotriz.......................713.5.Tipos de motores

(derivación, excitación separada, serie y compuesto).............................723.6.Características de los motores de corriente directa................................763.7.Puesta en marcha de motores de corriente directa.................................763.8.Frenado dinámico. Par y eficiencia..........................................................78

4. Máquinas síncronas.......................................................................................81

4.1.Principio y análisis del generador síncrono.............................................814.2.Principio y análisis del motor síncrono....................................................824.3.Regulación y puesta en marcha de la máquina síncrona........................84

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5. Motores de corriente alterna..........................................................................88

5.1.Principio y análisis de:.............................................................................90

5.1.1. Motor jaula de ardilla....................................................................905.1.2. Motor con rotor bobinado.............................................................93

5.2.Arranque y control de velocidad de los motores de inducción.................94

6. Motores especiales........................................................................................107

6.1.El motor monofásico de inducción...........................................................1076.2.Elementos básicos de los motores monofásicos.....................................1086.3.Teoría del doble campo giratorio.............................................................1136.4.Teoría de los campos cruzados...............................................................1156.5.Arranque de los motores monofásicos de inducción...............................1156.6.Devanados de fase partida......................................................................1166.7.Arranque por capacitor............................................................................1246.8.Operación continua por capacitor............................................................1266.9.Motor universal........................................................................................1286.10. Motor de polos sombreados.................................................................1296.11. Motor de pasos.....................................................................................1316.12. Servomotores ......................................................................................1346.13. Motores lineales...................................................................................1356.14. Aplicación de los motores especiales...................................................137

Prácticas..............................................................................................................138

1. Mesa de trabajo.............................................................................................1392. Puesta en marcha de un motor de corriente continua...................................1483. Puesta en marcha de un motor de corriente continua y medición de parámetros

establecidos por el fabricante........................................................................1514. Acoplamiento de un motor-generador de corriente continua.........................1545. Mantenimiento a un motor monofásico de inducción.....................................160

Tareas extra clase...............................................................................................175

1. Asignación de clave a las asignaturas de especialidad.................................1762. Interpretación del número de control.............................................................1763. Fundamentos de un sistema de gestión de calidad.......................................1774. Unidades de voltaje.......................................................................................1805. Unidades de intensidad de corriente..............................................................1816. Unidades de potencia....................................................................................1817. Factor de potencia (i).....................................................................................181

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8. Ley de ohm....................................................................................................1839. Diferencias de balasto electrónico y magnético.............................................18410.Conexión de un tubo fluorescente.................................................................18611.Péndulo invertido...........................................................................................18712.Fuentes de energía........................................................................................19113.Energía radioactiva........................................................................................19314.¿Qué es un isótopo?......................................................................................19415.Energía obtenida de un producto vegetal: caña............................................19416.¿Qué es un sistema?.....................................................................................19517.Sistema del Instituto Tecnológico de Veracruz..............................................19718.Subestaciones en el Instituto Tecnológico de Veracruz.................................19719.Transformador de poste.................................................................................19720.Aleaciones ferromagnéticas...........................................................................20321.Normas NEMA en México..............................................................................20522.Clasificación de las normas NEMA................................................................20723.Características de las bombas centrífugas....................................................20824.Diferencias entre el hierro y el acero.............................................................21025.Resistividad y conductividad de los materiales..............................................21126. Interruptor termomagnético............................................................................21427.Tipos de potencias.........................................................................................21828.Motores de corriente continua........................................................................22029.Diferencias del transformador tipo poste y tipo pedestal...............................22730.¿Qué es r.m.s. y para qué se usa?................................................................23131.Corrientes de Foucault o de Eddy..................................................................232

Glosario...............................................................................................................235

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I

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IntroducciónComo futuros profesionales, es necesario pasar por un proceso de aprendizaje

adecuado y de categoría que se ajusten a nuestras necesidades de nuestra área en

particular. Sin embargo, es nuestra responsabilidad como estudiantes asimilar y llevar

a cabo todo el conocimiento adquirido en cualquier materia cursada.

La siguiente “bitácora”, muestra todo el proceso de aprendizaje que tuvimos que

atravesar durante todo este curso para poder desarrollar nuestras competencias. Por

lo cual, este documento no debe ser forzosamente visto como un material de

evidencias de lo que hicimos, (aunque por una parte lo sea), es también una

recapitulación de toda la información asimilada, todas las notas e información

relevante brindada por nuestro asesor M.C. VICENTE GONZÁLEZ ARREGUI junto

con todos los trabajos de investigación que cuentan como parte complementaria de

los temas expuestos , que, aunque a primera estancia pueden no parecer muy

relevante, son de mucha importancia al momento de aprendizaje, ya que nos ayuda a

entender la información de una manera más óptima.

Esta bitácora grupal nos ayudará a tener información importante que pueden sernos

de ayuda en materias de nuestra carrera más adelante. Otras de las ventajas es que

fomenta el trabajo en equipo de todos nosotros, haciéndonos recopilar la información

de cada bitácora para poder obtener “el trabajo perfecto”, enseñándonos a fomentar

valores tales como convivencia, tolerancia, responsabilidad y respeto.

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Programa de la materia

1.1- DATOS DE LA ASIGNATURA:

Nombre de la materia: Máquinas eléctricasCarrera: Ingeniería Mecatrónica, Ingeniería Electrónica

Clave de la asignatura: AEF-1040SATCA1: 3-2-5

1.2- PRESENTACIÓN:

Caracterización de la asignatura.El objetivo general es que el alumno conozca, identifique y conozca los principios generales de los diferentes tipos de máquinas eléctricas, enfatizando sobre las que tendrá mayor contacto.

Intención didáctica.El contenido está dividido en 6 unidades:

La unidad 1, va directamente a los temas de principios y fundamentos de máquinas eléctricas. Donde el estudiante analiza como son los principios fundamentales que mueven una maquina eléctrica.

La unidad 2, está enfocada a como el alumno tenga un análisis de los transformadores monofásicos y trifásicos así como saber sus conexiones para el suministro de energía.

La unidad 3, su enfoque es a todas las máquinas de corriente directa su análisis y como es su funcionamiento.

El enfoque de la unidad 4, es que el alumno comprenda y analice las maquinas síncronas como motores y como generadores.

La unidad 5 se enfoca a que el alumno comprenda y analicé los principios y los funcionamientos de los motores de inducción y su aplicación en la industria.

En la sexta unidad se investigan los componentes y la función de los mismos en la operación de los motores de inducción monofásicos. Se analizan los métodos de arranque, así como el control de su velocidad. De la misma forma, se tratan el motor universal, el motor de pasos, el motor de polos sombreados, los servomotores y las máquinas lineales.Se ven sus partes, su función y el comportamiento de cada uno de ellos.

Se deben realizar las actividades prácticas en forma secuencial, de acuerdo al avanceTeórico del curso, para apoyar el proceso de enseñanza aprendizaje.

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La estrategia de enseñanza aprendizaje se planteará en base a los objetivos de cada unidad de aprendizaje y a los resultados obtenidos en el cuestionario de canales de acceso para identificar los estilos de aprendizaje.

En la evaluación se consideran aspectos de conocimiento teóricos sobre las dos máquinas rotatorias y habilidades para conocer, identificar, comparar y diferenciar los diferentes tipos de fallas de estos elementos, a partir de mediciones hechas en laboratorio o en campo.

La evaluación final se realizará de los conocimientos teóricos en forma escrita y con la evaluación práctica, verificando la integración de la teoría a ésta.

1.3-COMPETENCIAS A DESARROLLAR

Competencias específicas:

Explicar el funcionamiento de lostransformadores, máquinas de corrientedirecta, máquina síncrona, máquinas deInducción y máquinas especiales para analizar, diagnosticar y presentar soluciones a problemas relacionados con ellas. Utilizar los modelos de éstas máquinas eléctricas para simular su operación con elementos computacionales.

Competencias instrumentales

• Capacidad de análisis y síntesis• Capacidad de organizar y planificar• Conocimientos básicos de la carrera• Comunicación oral y escrita en su propia lengua•Habilidades básicas de manejo de la computadora•Habilidades de gestión de información(habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas• Solución de problemas• Toma de decisiones.

Competencias interpersonales• Trabajo en equipo•Capacidad de trabajar en equipo interdisciplinario• Compromiso ético

Competencias sistémicas• Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica• Habilidades de investigación• Capacidad de aprender• Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones• Habilidad para trabajar en forma autónoma• Capacidad para diseñar y gestionar proyectos• Preocupación por la calidad.

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1.4 – HISTORIA DEL PROGRAMA

Lugar y fecha de elaboración y publicación Participantes

Observaciones(cambios y justificación)

Instituto Tecnológico deAguascalientes. Junio 17,2010.

Institutos Tecnológicos deVeracruz, La Laguna,Durango, Aguascalientes,Mexicali, Mérida, Apizaco.

1.5- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO (competencias específicas a desarrollar en el curso).Conocer y Aplicar los principios de funcionamiento de las máquinas eléctricas estáticas y dinámicas.

1.6- COMPETENCIAS PREVIASConocer y aplicar:

Conceptos de voltaje corriente y potencia eléctrica, reactancia inductiva y capacitiva en sistemas de alterna y directa.

Mediciones eléctricas. Leyes de: Ohm, Kirchhoff, Lenz, Faraday. Circuitos Polifásicos. Circuitos magnéticos.

1.7- TEMARIO

Unidad Temas Subtemas1 Principios y fundamentos de

máquinas eléctricas1.1 Estudio del Campo magnético.1.2 Análisis de circuitos magnéticos.1.3 Análisis de excitación en CA y CD. Conexiones.1.4 Principio motor- generador.

2 Transformadores 2.1 Función, elementos físicos y su clasificación2.2 Inductancias propia y mutua.2.3 Análisis de la impedancia reflejada. 2.4 Análisis del circuito equivalente del transformador.2.5 Transformador real.2.6 Regulación de tensión y eficiencia.2.7 Conexiones trifásicas del transformador.

3 Motores y generadores de corriente directa

3.1 Fuerza electromotriz inducida.3.2 Análisis del circuito equivalente.3.3 Tipos de generadores (excitación separada, derivación, serie y compuesto).3.4 Motores de corriente directa. Fuerza contra

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electromotriz.3.5 Tipos de motores (derivación, excitación separada, serie y compuesto).3.6 Características de los motores de corriente directa.3.7 Puesta en marcha de motores de corriente directa.3.8 Frenado dinámico. Par y eficiencia.

4 Máquinas Síncronas 4.1 Principio y Análisis del generador síncrono.4.2 Principio y Análisis del motor síncrono.4.3 Regulación y puesta en marcha de la máquina síncrona.

5 Motores de corriente alterna 5.1 Principio y Análisis de• Motor Jaula de ardilla.• Motor con rotor bobinado.5.2 Arranque y control de velocidad de los motores de inducción.

6 Motores especiales 6.1 El motor monofásico de inducción.6.2 Elementos básicos de los motores monofásicos.6.3 Teoría del doble campo giratorio.6.4 Teoría de los campos cruzados.6.5 Arranque de los motores monofásicos de inducción.6.6 Devanados de fase partida.6.7 Arranque por capacitor.6.8 Operación continúa por capacitor.6.9 Motor universal.6.10 Motor de polos sombreados.6.11 Motor de pasos.6.12 Servomotores.6.13 Motores lineales.6.14 Aplicación de los motores especiales.

1.8- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS (desarrollo de competencias genéricas)

Propiciar el uso adecuado de conceptos y terminologías científico tecnológicos Propiciar en el estudiante el desarrollo de actividades en equipo para la consolidación

de los conceptos al aplicarlos en las prácticas. Relacional los contenidos con los incluidos en el plan de estudios para desarrollar una

visión interdisciplinaria en el estudiante

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Relacionar los contenidos de la asignatura para la preservación del medio ambiente; así como, el ejercicio de una ingeniería con enfoque sustentable.

1.9- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Evaluación teórica. Diseño de circuitos eléctricos de transformadores, generadores y motores. Conexión de circuitos eléctricos de transformadores, generadores y motores. Responsabilidad. Puntualidad. Trabajo en equipo. Limpieza.

1.10- UNIDADES DE APRENDIZAJE1.10.1.- Unidad 1. Principio y fundamentos de Máquinas Eléctricas.

Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizajeConocer y comprender los principios y fundamentos de las máquinas eléctricas.

Estudiar y diferenciar las definiciones de campo magnético, flujo magnético, etc.

Comprender el ciclo de histéresis en los materiales magnéticos.

Investigar el efecto hall, así como el funcionamiento del Ciclotrón.

Calcular la fuerza en una carga dentro de un campo eléctrico.

Realizar el cálculo de momento sobre una espira.

Calcular el campo magnético aplicando la ley Ampere o la de ley de Biot-Savart.

1.10.2.- Unidad 2. Transformadores.

Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizajeComprender, analizar y aplicar los transformadores monofásicos y trifásicos; sus conexiones para esquemas de distribución y suministro de la energía eléctrica.

Analizar los principios de operación de los transformadores monofásicos,

Identificar las polaridades y sus efectos en las conexiones de los transformadores, sus formas equivalentes de conexión y marcas de polaridad.

Analizar el funcionamiento de los transformadores trifásicos, sus ángulos de desfasamiento y diagramas vectoriales.

Determinar los parámetros del circuito equivalente mediante:

• Prueba a circuito abierto.

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• Prueba a corto circuito. Analizar la operación de los

transformadores con cargas inductivas, capacitivas y resistivas y sus efectos sobre el transformador.

Analizar la operación de los autotransformadores.

1.10.3.- Unidad 3. Máquinas y Generadores de corriente directa.

Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizajeIdentificar los diferentes tipos de generadores y motores de corriente directa y sus características.

Identificar los principios de la generación de una FEM inducida.

Identificar la construcción del generador de CD y su funcionamiento.

Analizar los diversos esquemas de generadores auto excitados.

Analizar el efecto motriz y su relación para la producción del par en los motores de CD.

Analizar y evaluar las características en vacío y con carga de la velocidad y el par.

Analizar el par de arranque de los diferentes tipos de motores de CD para la aplicación de las cargas adecuadas.

1.10.4.- Unidad 4. Máquinas síncronas.

Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizajeComprender y analizar el principio de funcionamiento de una máquina síncrona como motor y como generador.

Explicar el principio de funcionamiento y describir la construcción de una máquina síncrona como motor.

Explicar el principio de funcionamiento y describir la construcción de una máquina síncrona como generador.

Conocer sus aplicaciones principales.

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1.10.5.- Unidad 5. Motores de corriente alterna.

Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizajeComprender y analizar los principios de funcionamiento de los motores de inducción.

Explicar el principio de operación, construcción y funcionamiento de los motores de inducción, monofásicos y trifásicos.

Comprender el funcionamiento y conocer la construcción del motor de rotor bobinado.

Realizar pruebas para la obtención de parámetros de los motores de inducción.

Identificar ventajas y desventajas del motor de inducción jaula de ardilla.

1.10.6.- Unidad 6. Motores especiales.

Competencia específica a desarrollar Actividades de aprendizajeConocer el funcionamiento y características de los motores monofásicos de inducción y los diferentes tipos de máquinas especiales para determinar sus aplicaciones.

Buscar una representación gráfica en donde aparezca un corte transversal de un motor monofásico, e investigar las partes que lo componen y las funciones que cada componente tiene en su operación.

Elaborar un trabajo en donde se expliquen los diferentes tipos de motores monofásicos de acuerdo con el método de arranque.

Investigar acerca de los métodos de control de velocidad de los motores monofásicos de inducción.

Elaborar un cuadro sinóptico donde aparezcan todos los tipos de motores monofásicos, sus características y aplicaciones.

Elaborar un cuadro sinóptico donde aparezcan todas las máquinas especiales, su funcionamiento, características y aplicaciones de cada una de ellas.

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1.11- FUENTES DE INFORMACIÓN

1. Irving L. Kosow, Máquinas Eléctricas y Transformadores, Ed. Prentice-Hall2. Charles Kingsley, A. Ernest Fitzgerald, Stephen Umans, Máquinas Eléctricas, Ed. Mc. Graw Hill3. Gordon L. Slemon, Electric Machines And Drives, Ed. Addison Wesley Longman4. P.C.Sen, Principles of Electric Machines and Power Electronics, Ed. John Wiley & Sons5. Syed Nasar, Schaum's Outline Of Electric Machines & Electromechanics, Ed. Mc. Graw Hill6. Donald V. Richardson, Arthur J. Caisse Jr., Máquinas Eléctricas Rotativas y Transformadores,

Ed. Prentice Hall7. Jimmie J. Cathey, Máquinas Eléctricas, Ed. Mc. Graw-Hill8. Software De Programación Matlab9. PSPICE10. Manuales de Fabricantes: General Electric, Emerson, Dayton, Siemens11. Máquinas eléctricas, 3er Edicion. Stephen J. Chapman, Ed. McGraw-Hill12. http://www.4shared.com/file/45291471/40a309ba/

_Instructor_s_Manual__Electric_Machinery_Fundamentals_4th_Edition__Stephen_J_Chapma.html?s=1

13. http://rapidshare.com/files/230044698/Maquinas_Electricas_Chapman_3-espa.rar

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TEMARIO DE LA ASIGNAUTRA

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1. Principios y fundamentos de máquinas eléctricas.

1.1. Estudio del campo magnético.

Fundadores del electromagnetismo En 1822 concluyen diciendo que: la fuerza electromotriz (f.e.m.) es el producto de la tensión (v) y de la corriente (i). Publicó: teoría matemática de los fenómenos electromagnéticos; donde expuso la ley de ampere que afirma: “En un campo magnético la circulación del vector de densidad de flujo magnético “b” a lo largo de una curva cerrada “c” es igual a la permeabilidad magnética “μo” tantas veces la intensidad de la corriente (i) que corta el área de dicha curva.”∮𝐵 ∙𝑑𝑙= 𝜇𝑜𝐼𝐶Andre Marie Ampere y Arango Lograron magnetizar agujas de hierro en forma similar a como un imán permanente magnetiza a los metales ferromagnéticos. El inglés Wiliam Strugen construyó el primer imán accionado por electricidad (un electro imán). André Marie Amper sentó las bases del primer motor eléctrico, convirtiendo energía eléctrica a mecánica.Se tiene un proceso de conversión de energía:

Conversión de la energía Faraday Michaels inventó el generador. Físico y químico; fue el que sentó los principios del campo magnético e inventó el generador. El faradio “f” es la capacidad de un conductor que al aplicarle la carga de un culombio produce la diferencia de potencial de un volt. James Clerk Maxwell (1831 - 1879): Publicó en su trabajo de investigación y demostró el efecto de las líneas de fuerza magnéticas anteriormente enunciadas y aplicadas por Michael Faraday. En los años 1880 se presentó la discusión de las

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ventajas de la corriente directa y la corriente alterna. Dos factores definieron las ventajas de la corriente alterna:

a) La simplicidad en el diseño de transformadores y motores de c. a. b) La disponibilidad del diseño de los transformadores (conversión de la corriente

eléctrica en eléctrica pero con la variación de la relación de voltaje y amperaje) mejorando la eficiencia de la transferencia de potencia (vi).

El principio de la conservación de la energía

Este principio indica que la energía de entrada en un circuito es igual a la suma de: la energía perdida, la energía almacenada y la energía útil.

Principio de conversión de la energía

Definiciones básicas Los imanes presentan en sus extremos dos puntos de máxima fuerza magnética; llamados polos norte y sur; en el centro se tiene una fuerza nula.

Dos polos opustos se atraen (n) (s) Dos polos iguales se repelen (n) (n) - (s) (s)

Nota: si se coloca un material no magnético en la trayectoria de las líneas de flujo, estas no sufren un cambio perceptible.

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Líneas de flujo magnético alrededor en un conductor eléctrico portador de una corriente: “I”.

Electroimán con flujo de corriente, “i” señala el “polo n” y el “polo s”. Electroimán: Es un imán artificial creado mediante una bobina enrollada sobre

su núcleo ferromagnético. Su ventaja de este imán es el control de la intensidad del campo mediante la variación de la bobina.

Campo magnético: Es la representación del campo magnético mediante líneas que salen del polo norte y entran al polo sur; y se coloca un material ferromagnético en su trayectoria las podemos desviar y de esta forma aislar alguna región cercana al campo magnético.

Materiales ferromagnéticos: Esta propiedad se encuentra en ciertos materiales como: Hierro, níquel, cobalto, acero y wolframio. Con las aleaciones entre estos materiales y propiedades como su alta permeabilidad y fácil imantación. Con el empleo de dichos materiales como núcleos de máquinas eléctricas y dispositivos eléctricos se obtiene una inducción magnética muy alta en comparación con una bobina con núcleo de aire. Nota: el empleo de un material ferromagnético de un transformador en sus núcleos. La permeabilidad relativa: μr pude estar entre los rangos: 2000 y 4000. Los materiales no magnéticos se clasifican:

Paramagnéticos con: μr > 1.0 Diamagnéticos con: μr < 1.0 Para fines prácticos: μr = 1.0

Permeabilidad del material: Si el material en un circuito magnético se facilita el establecimiento de líneas de flujo se dice que este material tiene alta permeabilidad (μo) y en caso contrario; tiene baja permeabilidad. El término permeabilidad es similar al de: conductividad en un circuito eléctrico.

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La permeabilidad: “μ” de un material, está dada en función de su permeabilidad relativa: μr y la permeabilidad del aire.

Μ = μr μo Μo = permeabilidad espacio aire. Μo = 4π x 10-7 m.1.2. Análisis de circuitos magnéticos.

Los efectos magnéticos producidos por el electromagnetismo con utilizados por: Generadores Motores Transformadores Interruptores Televisores Receptores De Radio Cintas Magnéticas Teléfonos Discos Magnéticos Computadoras

Los circuitos magnéticos tienen similitud con los circuitos electrónicos y se pueden comprobar con la aplicación leyes de ohm:𝐼 (𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑)= 𝑉 (𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖o𝑛) 𝑅 (𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎)Y la ley de Kirchhoff:1° ley de Kirchhoff: “La suma de intensidad de corriente que llega a un punto de conexión de varios conductores es igual a la suma de intensidades de corrientes que salen o se alejan de el”

I1 + I2 = I3 + I4 + I5

2° ley de Kirchhoff: “En todo circuito cerrado la f-e-m- total (suma algebraica de la f.e.m.) Es igual a la celda de tensión total (suma algebraica de las caídas de tensión) en las resistencias”.

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Σ𝐸=σ𝑅𝐼Nota: Se establece un sentido de circulación de la corriente como positivo y se consideran f.e.m. Positivas las favorecen esa circulación; y serán también positivas las caídas de tensión originadas por corrientes que circulen en dicho sentido.

Ley de ohm para circuitos magnéticos

Esta ecuación establece que:

Ni = f.m.m. amp. – vuelta (A.V.). Ф = flujo magnético por la espira: Weber = (análogo a la corriente de un circuito eléctrico).R = Reluctancia: vuelta/Henry (análoga a la resistencia).

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Representación eléctrica de un circuito magnético.

La diferencia entre la corriente eléctrica y el flujo magnético es que la corriente no circula si se abre el circuito; mientras que el flujo magnético puede circular en el aire (en los entrehierros). Nota: la reluctancia del aire es muy grande comparándola a un material ferromagnético. La resistencia en un circuito eléctrico está dada en:

l = longitud del conductor: l p = conductividad o resistencia eléctrica del conductor = ohm – mm/km A = área del conductor: mm2 La ecuación de reluctancia magnética es:

l = longitud del material ferromagnético: metros o cm A = área transversal del material ferromagnético: m2 o cm2

µ = permeabilidad del núcleo ferromagnético:

La inversa de la resistencia: “R” Ohms es la conductancia:

La inversa de la reluctancia:

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Nota: Para reducir o aumentar las reluctancias, se aplica la misma regla empleada en resistencias conectadas en serie o paralelo.

El flujo magnético ф se puede calcular mediante la integral de la densidad de flujo “b” por la unidad de área.

Definimos la densidad de flujo “b” como el número de líneas magnéticas que atraviesan el material ferromagnético. ∅=𝐵 ∙𝑑𝐴

Si la densidad de flujo “b” es constante en magnitud y perpendicular en cualquier punto del área entonces, el flujo magnético es:

La densidad de flujo “B” puede obtenerse por medio de:

Los materiales no magnéticos tienen una curva: “B-H” lineal.

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Los materiales ferromagnéticos forman curvas: “B-H” no lineales.

Curva de magnetización de un material ferromagnético.Nota: en un circuito eléctrico, la resistencia: r es independiente de la intensidad de la corriente: I amp.

En un circuito magnético la reluctancia “r” depende de la densidad de flujo: B tesla.Ley circuital de ampere (André Marie ampere)

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“La integral alrededor de una trayectoria “l” cerrada de la intensidad de campo magnético; “h”; es igual a la corriente “i” que circula en la trayectoria mencionada”.

∫𝐻 ∙𝑑𝑙= σ𝐼𝑛𝑒𝑡𝑎H = intensidad de campo magnético: amp – vueltas, producido por la corriente Ineta

Dl = elemento diferencial a lo largo de la trayectoria de integración: mts.

Ineta = corriente neta a lo largo de “dl” en: amp.

Direcciones del flujo ф en un material ferromagnético.Cuando la trayectoria del flujo Ф en el Núcleo de hierro contiene bobinas con N (espiras) y es atravesada por la corriente “I” podemos expresar la ecuación anterior como: (Intensidad de campo por: l).

Se observa en esta ecuación que el flujo de la bobina está en sentido contrario al flujo formado por las bobinas: 1 y 3. Nota: la dirección de flujo se comprueba aplicando la regla de la mano derecha.

Regla de la mano derecha (para indicar el flujo ф magnético).

Si el dedo pulgar señala el sentido de la corriente “i” y los dedos rodean el conductor; estos indican el sentido del flujo magnético: ф.

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Otra forma de expresar la regla de la mano derecha, para determinar la dirección del flujo magnético “ф” en una bobina, se colocan los cuatro dedos de la mano derecha indicando el sentido de la corriente “I” en la bobina y el dedo pulgar indicará el flujo ф magnético:

Si en una bobina de: N vueltas se hace circular una corriente de intensidad: I se crea una: f.m.m. = F que tiene la siguiente relación:

Inductancia magnética La inductancia o autoinductancia es la capacidad de una bobina de oponerse a cualquier cambio en la corriente. Nota: las bobinas son representantes de la inductancia; parámetro muy importante en el cálculo de la corriente y el voltaje. En una bobina aislada magnéticamente (con flujo de corriente únicamente) el flujo magnético φ por espira y el flujo de enlace o total φ dependen solamente de la corriente “i” y aplicando la regla de diferenciación de una función compuesta; tenemos que:

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Esto se puede expresar con respecto al voltaje:

Nota: un flujo variable “φ” con respecto a un tiempo “t” o dt induce un voltaje dentro de un núcleo ferromagnético de la misma forma que lo haría un alambre conductor enrollado alrededor del mismo núcleo. Se puede anotar que estos voltajes causan flujos de corrientes que circulan en el núcleo formando remolinos denominadas: corrientes de remolino comúnmente corrientes parásitas y como fluyen en un medio resistivo que es el hierro del núcleo y esta energía disipada se convierte en calor. Cuanto mayor sea el voltaje inducido (vind) mayor será el flujo de corriente (I) y por lo tanto mayores serán las pérdidas por corrientes parásitas.

Si consideramos; la inductancia “L” de la bobina como:

El voltaje se puede expresar en función de: “L”

Si L ≠ 0 se puede considerar la: invertancia “ᴦ” de la bobina que se define como el valor inverso de la inductancia:

Para un sistema de bobinas acopladas:

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Se modifican como suma algebraica de las bobinas acopladas, de tal forma que la ecuación:

Queda de la siguiente forma: Vk = voltaje producido por la inductancia o autoinductancia de la bobina “K” = bobina: l

Nota: Lkl = inductancia mutua entre la bobina “k” y la bobina “l”.K = l = se conoce como: autoinductancia o simplemente, inductancia de la bobina k.

En la práctica, Lkk simplemente se denota por: lk o “inductancia propia”. Cuando lk = 0 para todas las bobinas: “k” ≠ “l” diferentes de las bobinas “l” se

dice que la bobina está aislada magnéticamente de otras bobinas. Si las bobinas se encuentran en un medio en donde la permeabilidad es

constante: μ = k constante se puede asegurar que la inductancia de las bobinas “k,l” son todas constantes: Lkl = Llk

La inductancia propia: (Lkk o Lk) y la inductancia mutua (Lkl) entre dos bobinas se pueden calcular con la ecuación de inductancia propia de una bobina.

Y la ecuación de la inductancia mutuamente las bobinas: k y l.

LK = LKK = Inductancia propia de una bobina en henrios.Lkl = inductancia mutua de una bobina es henrios. Nk = nº de vueltas de la bobina “k”: mts. o cm.øk = flujo magnético de la bobina “k”: ampere-vuelta/reluctancia.øl = flujo magnético de la bobina “l”: ampere-vuelta/reluctancia.Ik = corriente de la bobina “k”: Amper. Il = corriente de la bobina “l”: Amper. K = factor de acoplamiento; que representa el porcentaje (%) de flujo que se aprovecha entre las bobinas: “k y l”. K = varía entre 0 y 1.

Otras maneras de calcular la inductancia (L, Henrios) propia de una bobina

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Consideraciones que se deben tomar en cuenta para el diseño de bobinas Una bobina es un inductor de un determinado número de espiras de alambre magneto sobre un núcleo de aire o un material ferromagnético. Las bobinas generalmente son diseñadas y construidas para aplicaciones específicas. Los núcleos de las máquinas eléctricas con aleaciones de hierro son usados en bajas frecuencias f = 2k Hz o menos para transformadores debido a que la corriente de Eddy provoca pérdidas por calentamiento.Las aleaciones de hierro deben ser laminadas para los núcleos con esto se disminuyen las pérdidas por corriente de Eddy. Los núcleos de hierro en polvo están constituidos de partículas de material eléctrico, están aislados unos de otros (los núcleos) presentando una resistividad eléctrica más alta que el material laminado (los núcleos) y se emplean para frecuencias altas; debido a la reducción de las corrientes de Eddy en el núcleo.Otros núcleos pueden ser de: ferrita que es una mezcla de óxido de hierro y otros materiales magnéticos que poseen una gran resistividad eléctrica pero se saturan rápidamente. Por el material ferrita se pueden presentar pérdidas en el hierro por histéresis (saturación). Las pérdidas por corrientes de Eddy se presentan por la resistividad eléctrica del material y no se consideran altas, por lo que este material se puede emplear en circuitos de alta frecuencia. Nota: los devanados de bobinas en las máquinas eléctricas son de cobre por su alta conductividad y facilidad de devanarlo alrededor del núcleo; reduciéndose las pérdidas por calentamiento en los conductores. El incremento de la temperatura en los devanados y en los núcleos ferromagnéticos, reduce la eficiencia de las máquinas eléctricas. La resistividad del conductor se incrementa con el aumento de temperatura y en este aumento; el núcleo magnético incrementa también sus pérdidas; para una temperatura ligeramente superior a los 100ºc. Forma de núcleos ferromagnéticos para diseño de transformadores.

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Los transformadores se diseñan en gran variedad de: formas y tamaños según el tipo de aplicación. Los transformadores tipo núcleo: constan de una pieza rectangular de acero laminado, con los devanados enrollados sobre dos de los lados (núcleos) del diseño rectangular, también llamado en forma de: “u”

Transformador tipo núcleo (forma de: “u”) o denominado también tipo de columna.Los transformadores tipo acorazado constan de una pieza rectangular de acero laminado con los devanados enrollados sobre la columna central y consta de tres columnas. Nota: ambos diseños están armados sus núcleos con delgadas láminas aisladas cada una eléctricamente para minimizar las corrientes parásitas.

1.3. Análisis de excitación en CA y CD. Conexiones.

Excitación senoidal de circuitos magnéticos

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Los sistemas eléctricos de potencia son de forma senoida, por lo tanto, las máquinas eléctricas y los transformadores funcionan con este tipo de señales. Estas fuentes de excitación en estado estable, presentan algunas pérdidas de energía que se disipan en forma de calor, como resultado del calentamiento de su núcleo; mientras otra parte es una potencia reactiva, asociada con la energía del campo magnético, la cual no se disipa sino que es absorbida por la fuente de excitación. Los dos tipos de pérdidas asociadas con la excitación variante con el tiempo (t) senoidal en los materiales ferromagnéticos son:

a) Pérdidas por calentamiento P = I2R del flujo en la trayectoria del material magnético; lo cual resulta que se induce un voltaje en dicha trayectoria que a su vez provoca la circulación de una corriente llamada de Eddy. (en la resistencia del material magnético).

b) La segunda pérdida se debe a la curva de histéresis; que se genera con la corriente de los dominios del material magnético.

La suma de estas dos pérdidas conforma las pérdidas totales del material magnético de las máquinas eléctricas.En una fuente de excitación senoidal el voltaje “v” y el flujo “φ” magnético son variantes en el tiempo “t”. Considerando que el flujo de un transformador es de forma senoidal:

Ø(t) = Flujo instantáneo en un tiempo “t”. Ømax = Flujo máximo. ω = 2Πf = Velocidad angular.

La ecuación de voltaje inducido en “n” vueltas de la bobina:

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Recordar que:

Si derivamos sen ωt = ω cos ωt luego:

Como ω = 2πf:

La r.m.s = raíz cuadrática media del voltaje inducido es:

Curva De Histéresis Esta muestra el comportamiento del material a medida que se modifica la corriente (I) que alimenta a una bobina con un núcleo ferromagnético. A medida que la corriente (i) aumenta, también aumenta la intensidad de campo magnético: “h” = amp-vuelta/mts y la densidad de campo: b = weber/mts2 = tesla hasta llegar a la saturación; punto “a” de la curva; en este punto puede aumentar la corriente (I) y la densidad “B” se mantiene y “H” intensidad se incrementa. Si la corriente disminuye a I = 0 amp. Entonces H = 0; pero el material retiene una densidad b; el punto “B”; llamado, fuerza correctiva. Si la corriente “I” sigue aumentando se llega al estado de saturación en el punto “d”. Si se disminuye la corriente hasta: i = 0 se llega al punto “e” que es el opuesto al punto “b” en donde: H = 0 y este sería el punto inicial de la curva de histéresis; con: I = 0, H = 0 pero como se nota en la curva, el núcleo ya tiene un flujo residual “b” que impide que la curva empiece en el origen. Nota: el área dentro de la curva de histéresis representa el trabajo (energía) realizado por el material cuando se le aplica un flujo magnético. Las pérdidas por histéresis se incrementan en el núcleo cuando se incrementa la frecuencia (“f”: ciclos/seg.) De conmutación sobre el flujo magnético φ y la densidad de flujo: “B”.

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1.4. Principio motor-generador.

Aplicación de los circuitos magnéticos

En el esquema del transformador; la bobina primaria es alimentada por una fuente de corriente alterna que genera un flujo “φ” magnético que circula en el material y producido por la bobina primaria, y cortado e inducido en las bobinas secundarias induciendo un voltaje en dichas bobinas.

a) El transformador cambia los niveles de tensión (V) y de corriente (I) pero no de potencia (VI) y reduce las pérdidas de energía en los sistemas electrónicos.

b) Un generador eléctrico, aprovecha la inducción magnética para convertir ña energía mecánica a energía eléctrica. La parte fija es el estator en la que se colocan devanados fijos de las máquinas generadoras monofásicas o trifásicas. La parte móvil (rotor) es donde se coloca el devanado que está alimentado por una fuente de corriente directa y este rotor es movido por una turbina (primo motor) y de la cual el generador recibe su nombre:

Hidroeléctrico Termoeléctrico

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Oleo-eléctrico Nucleoeléctrico c) Un motor eléctrico convierte energía eléctrica a energía mecánica y es un

proceso contrario al generador. d) Un interruptor magnético; se puede emplear para el control automático de la

energía en E.

El circuito magnético está formado de dos partes principales: 1. Por un imán permanente que se coloca en la parte móvil del circuito. 2. La segunda parte de un interruptor es la parte fija del circuito y está hace que

el circuito esté abierto o cerrado y para este mismo sistema lo que se debe emplear es un electroimán.

e) El campo magnético se aprovecha en medicina para captar imágenes del cuerpo humano y tratamientos de algunas enfermedades y esto es conocido como: resonancia magnética.

f) El campo magnético se puede aplicar al diseño de sensores inductivos. Un ejemplo son los sensores de reluctancia variable:A los sensores se les da el nombre según la función en que desarrollan su función; ejemplo:

1. Se puede desplazar o mover una perilla alrededor de una bobina y se modifica la tensión (v) del circuito de control.

2. Se puede hacer desplazamiento del núcleo ferromagnético o del entrehierro y se modifica la inductancia mutua (l) (bobinas acopladas) del devanado primario y secundario

Para los sensores el diseño y el tipo de núcleo son muy importante. Si en el sensor el núcleo es de aire, la variación de la inductancia es pequeña con la ventaja que la alimentación al circuito puede ser con o en alta frecuencia.Los sensores diseñados con el flujo de la corriente de Foucault aprovechan los efectos magnéticos para medir el espesor de un material no magnético. Los sensores de efecto “hall” se emplean para medir el flujo magnético “φ”.ProblemaEn el esquema indicado se tiene un núcleo ferromagnético cuya permeabilidad relativa es µr = 2000 y cuyas dimensiones son las anotadas. Debido a los efectos marginales (extremos del entrehierro) el área efectiva del entrehierro se incrementa en un: 6% respecto a su área física. Si las bobinas tienen: N1 = 700 espiras y N2 = 30 espiras y por ellas circula una corriente: I1 = 2 amp. I2 = 1.5 amp. Calcule los siguientes datos:

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a) Anote la ecuación de reluctancia y las unidades correspondientes.

b) Dibuje el diseño físico de los núcleos ferromagnéticos con sus datos respectivos.

c) Dibuje el esquema de las reluctancias en los núcleos ferromagnéticos.

d) Anote el diagrama unifilar de las reluctancias con las fuentes de f. m. m.

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e) Determine por análisis comparativo las identidades de las reluctancias magnéticas.

R1=R5=R6=R7=R8

R2=R4

R9=R10

R3≠R11

f) Anote las longitudes de los núcleos que forman el entrehierro en cada una de sus partes.

La l1=30+5+5=40cm≤correspondea laR1 = l1

μrμ0 A1

La l2=30−0.09

2+5=19.95 cm≤correspondea laR2 =

l2

μrμ0 A1

La l3=0.09 cm≤corresponde a laR3 = l3

μr A3

La l2=30−0.08

2+5=19.96 cm≤corresponde alaR9 =

l9

μr μ0 A1

La l10=0.08 cm≤corresponde a laR10 = l10

μr A3

g) Anote las longitudes en metros.

l1=40cm=0.4ml2=19.95cm=0.1995ml3=0.09cm=0.0009m

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l9=19.96cm=0.1996ml10=0.08 cm=0.0008m

h) Calcule los valores de las reluctancias R1, R2, R3, R9, R10.

R1 = l1

μr μ0 A1= 0.4m

(4 πx10−7 ) (2000 )(0.01m2)=15 915.58 Amp−Vuelta

Weber

R2 = l2

μr μ0 A1= 0.1995m

(4 πx 10−7 ) (2000 )(0.01m2)=7 937.89 Amp−Vuelta

Weber

R3 = l3

μr A3= 0.0009m

( 4 πx10−7 ) (0.01m2)=71620.12 Amp−Vuelta

Weber

R9 = l9

μrμ0 A1= 0.1996m

(4 πx 10−7 ) (2000 )(0.01m2)=7 941.87 Amp−Vuelta

Weber

R10 = l10

μr A3= 0.0008m

(4 πx 10−7 )(0.01m2)=63662.33 Amp−Vuelta

Weber

i) Anote el circuito equivalente de reluctancias Ra, Rb, R6 y fuente de energía F1, F2.

ϕ1 RA+(ϕ1−ϕ2 ) R6=F1

(ϕ2−ϕ1 ) R6 +ϕ2 RB=F2

Las longitudes l1=l5= l6= l7= l8=40cm=0.4m CORRESPONDEN A LAS RELUCTANCIAS R1=R5=R6=R7=R8.

Las longitudes l2=l4=19.95 cm=0.1995m CORRESPONDEN A LAS RELUCTANCIAS R2=R4.

La longitud l3=0.09 cm=0.0009m CORRESPONDEN A LAS RELUCTANCIAS R3.

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Las longitudes l 9=l11=19.96 cm=0.1996m CORRESPONDEN A LAS RELUCTANCIAS R9=R11.

La longitud l10=0.08cm=0.0008m CORRESPONDEN A LAS RELUCTANCIAS R10.

j) Determine el área de los núcleos: A1 = (0.1)(0.1) = 0.01m y el área del entrehierro en un 6% = A2 = A3 = (0.01) + 6% = 0.0106m.

k) Determine el valor de las reluctancias totales: RA y RB.

R A=R1+R2+R3+R4+R5=119327.06 Amp−VueltaWeber

RB=R7+R8+R9+R10+R11=111377.23 Amp−VueltaWeber

l) Los valores de reluctancia: RC se tienen:

R6=R1=R5=R7=R8=15 915.58 Amp−VueltaWeber

ϕ1 RA+(ϕ1−ϕ1 ) R6=F1

ϕ1(119327.06)+(ϕ1−ϕ2 )(15 915.58)=F1

(ϕ2−ϕ1 ) R6 +ϕ2 RB=F2

(ϕ2−ϕ1 )(15915.58)+ϕ2(111 377.23)=F2

m) Calculando las fuentes de energía F1 y F2.

F1=N1 I 1F1=(700Vueltas ) (2 Amp−Vuelta)=1400WeberF2=N2 I 2F2=(300Vueltas ) (1.5 Amp−Vuelta )=450Weber

n) Sustituir el resultado en las ecuaciones anteriores, y despejar ϕ1y ϕ2.

ϕ1(119327.06)+(ϕ1−ϕ2 )(15 915.58)=F1

ϕ1 (119327.06 )+(ϕ1−ϕ2 ) (15 915.58 )=1400

(ϕ2−ϕ1 )(15915.58)+ϕ2(111 377.23)=F2

(ϕ2−ϕ1 ) (15 915.58 )+ϕ2 (111377.23 )=450ϕ1=0.01076Weberϕ2=0.00488Weber

o) El flujo total de la rama central del núcleo.

ϕCentral=ϕ1−ϕ2=0.01076−0.00488=0.00588 Amp

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p) La intensidad del Flujo “B” en los entrehierros.

B1=ϕ1

A3= 0.01076

0.0106m2 =1.015 Weberm2

B2=ϕ2

A10= 0.00488

0.0106m2 =0.46 Weberm2

2. Transformadores.

2.1. Función, elementos físicos y su clasificación.

Es un dispositivo que se encarga de "transformar" la tensión de corriente alterna que tiene a la entrada en otra diferente a la salida.Este dispositivo se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambre conductor. Este conjunto de vueltas se llaman bobinas y se denominarán: "primario" a la que recibe la tensión de entrada y "secundario" a aquella que dona la tensión transformada.

El transformador es la máquina eléctrica de vital importancia y de mayor utilización, porque permite en el sistema eléctrico típico lo siguiente:

Elevar el voltaje de generación de la energía eléctrica de 13.8 KV al voltaje de transmisión de 230 KV, para conducir la energía eléctrica de los centros de generación a los centros de carga con pérdidas mínimas y la menor caída de tensión.

Bajar el voltaje de transmisión de 230 KV al voltaje de subtransmisión de 69 KV para distribuir la energía eléctrica en grandes bloques en los centros de carga.

Bajar el voltaje de subtransmisión de 69 KV al voltaje de distribución primaria de 13.8 KV, para distribuir la energía eléctrica a las diferentes áreas de servicio de los usuarios.

Bajar el voltaje de distribución primaria de 13.2 KV a los voltajes que requieren los usuarios de la energía eléctrica, sean estos residenciales, comerciales, industriales, alumbrado público y otros servicios.

Durante el transporte de la energía eléctrica se originan pérdidas que dependen de su intensidad. Para reducir estas pérdidas se utilizan tensiones elevadas, con las que, para la misma potencia, resultan menores intensidades. Por otra parte es necesario que en el lugar donde se aplica la energía eléctrica, la distribución se efectúe a tensiones más bajas y además se adapten las tensiones de distribución a los diversos casos de aplicación. La ventaja que tiene la corriente alterna frente a la continua radica en que la corriente alterna se puede transformar con facilidad. La utilización de corriente continua queda

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limitada a ciertas aplicaciones, por ejemplo, para la regulación de motores. Sin embargo, la corriente continua adquiere en los últimos tiempos una significación creciente, por ejemplo, para el transporte de energía a tensiones muy altas. Para transportar energía eléctrica de sistemas que trabajan a una tensión dada, a sistemas que lo hacen a una tensión deseada, se utilizan los transformadores. A este proceso de cambio de tensión se le "llama transformación".El transformador es un dispositivo que convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre sí eléctricamente por lo general y arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. El arrollamiento que recibe la energía eléctrica se denomina arrollamiento de entrada, con independencia si se trata del mayor (alta tensión) o menor tensión (baja tensión). El arrollamiento del que se toma la energía eléctrica a la tensión transformada se denomina arrollamiento de salida. En concordancia con ello, los lados del transformador se denominan lado de entrada y lado de salida.El arrollamiento de entrada y el de salida envuelven la misma columna del núcleo de hierro. El núcleo se construye de hierro por que tiene una gran permeabilidad, o sea, conduce muy bien el flujo magnético.En un transformador, el núcleo tiene dos misiones fundamentales:a. Desde el punto de vista eléctrico –y esta es su misión principal- es la vía por que

discurre el flujo magnético. A través de las partes de la culata conduce el flujo magnético siguiendo un circuito prescrito, de una columna a otra.

b. Desde el punto de vista mecánico es el soporte de los arrollamientos que en él se apoyan.

Para generar el flujo magnético, es decir, para magnetizar el núcleo de hierro hay que gastar energía eléctrica. Dicha energía eléctrica se toma del arrollamiento de entrada.El constante cambio de magnetización del núcleo de hierro origina pérdidas. Estas pérdidas pueden minimizarse eligiendo tipos de chapa con un bajo coeficiente de pérdidas.Además, como el campo magnético varía respecto al tiempo, en el hierro se originan tensiones que dan origen a corrientes parásitas, también llamadas de Foucault. Estas corrientes, asociadas a la resistencia óhmica del hierro, motivan pérdidas que pueden reducirse empleando chapas especialmente finas aisladas entre sí (apiladas). En cambio, en un núcleo de hierro macizo se producirían pérdidas por corrientes parásitas excesivamente grandes que motivarían altas temperaturas. El flujo magnético, periódicamente variable en el tiempo, originado por la corriente que pasa a través del arrollamiento de entrada, induce en el arrollamiento de salida una tensión que varía con la misma frecuencia.Su magnitud depende de la intensidad y de la frecuencia del flujo así como del número de vueltas que tenga el arrollamiento de salida.

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Tipos de Transformadores

Según funcionalidad: Transformadores de potenciaTransformadores de comunicacionesTransformadores de medida

Por los sistemas de tensiones: MonofásicosTrifásicosTrifásicos-exafásicosTrifásicos-dodecafásicosTrifásicos-monofásicos

Según tensión secundario: ElevadoresReductores

Según medio: InteriorIntemperie

Según elemento refrigerante: En secoEn baño de aceite

Con pyralenoSegún refrigeración: Natural

ForzadaDe acuerdo a la utilización del transformador en un sistema eléctrico se tiene la siguiente clasificación:

Transformador de potencia. Transformador de distribución. Transformador de tensión. Transformador de corriente. Autotransformador.

El transformador de potencia es de una capacidad superior a los 5 MVA y se lo instala en las subestaciones de los sistemas de generación, transmisión y subtransmisión.El transformador de distribución es de una capacidad inferior de 5 MVA y se lo instala para dar servicio de energía eléctrica a los usuarios. El transformador de tensión sirve para reducir el nivel de voltaje y conectar los elementos de los sistemas de medición y protección de los sistemas eléctricos.

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El transformador de corriente sirve para reducir el nivel de la corriente y conectar los elementos de los sistemas de medición y protección de los sistemas eléctricos.El autotransformador permite reducir o aumentar el voltaje utilizando un solo devanado.El transformador es el equipo eléctrico que sirve para transferir energía eléctrica de un nivel de voltaje a otro. El transformador en su forma elemental está constituido por dos circuitos eléctricos que son los devanados primario y secundario y un circuito magnético en el núcleo. El devanado primario tiene N1 vueltas y el devanado secundario N2 vueltas. Un diagrama del transformador se presenta en la Fig. 2.1.

Desde el punto de vista de la construcción del transformador, los devanados primario y secundario son de cobre o aluminio y el núcleo es de acero magnético. El transformador puede ser de tipo acorazado y tipo núcleo. El tipo acorazado se lo utiliza en la construcción de los transformadores monofásicos y el tipo núcleo se lo utiliza en la construcción de los transformadores trifásicos.Transformador monofásico El transformador monofásico es de tipo acorazado y el acero magnético del núcleo envuelve por igual a los devanados primario y secundario. El devanado de baja tensión B.T. se instala en el interior y el de alta tensión A.T. al exterior debido a que el devanado de alta tensión es el más susceptible de sufrir fallas. Esta disposición de los devanados permite realizar una reparación más fácil.

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Transformador trifásico El transformador trifásico es de tipo núcleo y se caracteriza por tener tres columnas en el núcleo y en cada columna se instala un grupo de los devanados de baja tensión y alta tensión que corresponden a una fase. El devanado de baja tensión se dispone en el interior para alejar el peligro de un cortocircuito entre el núcleo y el devanado de alta tensión y facilita la reparación de este devanado cuando se producen fallas. El transformador trifásico se presenta en la fig. 2.3.

Transformador en vacío El transformador en vacío se lo estudia solamente para analizar la corriente de excitación iφ. El transformador está en vacío cuando se alimenta el devanado primario y el secundario no tiene carga. El transformador en vacío se presenta en la fig. 2.4.

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2.2. Inductancias propia y mutua.

La inducción electromagnética es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).Por otra parte, Heinrich Lenz comprobó que la corriente debida a la f.e.m. inducida se opone al cambio de flujo magnético, de forma tal que la corriente tiende a mantener el flujo. Esto es válido tanto para el caso en que la intensidad del flujo varíe, o que el cuerpo conductor se mueva respecto de él.

Matemáticamente se puede expresar como:

Donde:= Fuerza electromotriz en voltios

Φ = Flujo magnético en webert = Tiempo en segundos

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El signo − es debido a la Ley de Lenz. La inducción electromagnética es el principio fundamental sobre el cual operan transformadores, generadores, motores eléctricos, la vitrocerámica de inducción y la mayoría de las demás máquinas eléctricas.De forma más general, las ecuaciones que describen el fenómeno son:

Autoinducción o Inducción MutuaFenómeno por el que una corriente eléctrica que varía en el tiempo en un circuito produce en el mismo circuito otra fuerza electromotriz inducida que se opone a la variación de la fuerza electromotriz.Cuando por un circuito circula una corriente eléctrica, se crea a su alrededor un campo magnético. Si varía la intensidad de la corriente, dicho campo también variará y, seguń la ley de inducción electromagnética de Faraday, en el circuito se producirá una fuerza electromotriz inducida que se denomina fuerza electromotriz autoinducida.Según la ley de Lenz, el sentido de la corriente autoinducida será el mismo que el de la corriente inicial si la autoinducción se produce por una disminución de la intensidad, o contrario si la causa es un aumento.Los fenómenos de la autoinducción y de la inducción mutua constituyen el fundamento del transformador eléctrico, un aparato que permite elevar o reducir tensiones alternas. Un transformador consta, en esencia, de dos bobinas arrolladas a un mismo núcleo de hierro.La bobina o arrollamiento donde se aplica la f.e.m. alterna exterior recibe el nombre de primario y la bobina en donde aquélla aparece ya transformada se denomina secundario.Cuando al primario se le aplica una fuerza electromotriz alterna, el flujo magnético variable que produce atraviesa tanto al primario como al secundario. Si N1 es el número de espiras del primario y N2 el del secundario, de acuerdo con la ley de Faraday-Henry, resultará para el primario la fuerza electromotriz autoinducida:

ε 1 = - N1.Δ/ΔtY para el secundario la fuerza electromotriz inducida por el primario:

ε 2 = - N2.Δ/ΔtLa presencia del núcleo de hierro evita la dispersión del flujo magnético, por lo que puede aceptarse que es igual en ambos casos. Combinando las anteriores ecuaciones resulta:

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ε 1/N1 = ε 2/N2Esta expresión puede escribirse para un transformador ideal en la forma:

V1/N1 = V2/N2O también:

V1/V2 = N1/N2Sin embargo, en la práctica, como consecuencia de las resistencias de los circuitos correspondientes, la tensión V1 aplicada al primario es algo mayor que la f.e.m. inducida ε 1 y la tensión V2 que resulta en el secundario es algo menor que la f.e.m. ε 2 inducida en él. La expresión indica que estando el circuito secundario abierto la relación entre la tensión aplicada en el primario y la tensión transformada disponible en los bornes del secundario, coincide con el cociente de sus respectivos números de espiras.

Este cociente N1/N2recibe el nombre de relación de transformación. Según sea la transformación deseada, así habrá de ser la relación entre el número de espiras de los dos arrollamientos. En los elevadores (V1 < V2) el número de espiras del primario ha de ser menor que el del secundario y la relación de transformación resulta, por tanto, menor que la unidad. En los reductores (V1 > V2) sucede lo contrario.En los transformadores comerciales el rendimiento es muy elevado, lo que significa que se pierde poca energía en el proceso de transformación. En tal supuesto la potencia eléctrica en el primario puede considerarse aproximadamente igual que en el secundario, es decir:

V1/I1 = V2/I2Esta propiedad de la transformación eléctrica explica el hecho de que la energía eléctrica se transporte en líneas de alta tensión y baja intensidad de corriente. En las estaciones transformadoras situadas cerca de los núcleos de consumo, es posible convertirla, de acuerdo con la anterior expresión, en otra de menor tensión y mayor intensidad con poca pérdida de potencia. El transporte a baja intensidad reduce considerablemente las pérdidas en forma de calor (efecto Joule) a lo largo del trayecto que separa las centrales eléctricas de las ciudades.

2.3. Análisis de la impedancia reflejada.

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La impedancia vista por la fuente en el primario Zp y la impedancia vista por la salida del transformador en el secundario Zs se calculan con respecto a la Figura 11-5 como sigue:

Reemplazando las relaciones V contra I por las impedancias tenemos:

De donde:

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Esto nos muestra que la impedancia vista por la fuente en el lado primario corresponde a la impedancia del secundario (la de la carga), multiplicada por el cuadrado de la relación de vueltas de las bobinas. Se dice que esta impedancia vista en el primario es la impedancia del secundario reflejada en el lado primario.

2.4. Análisis del circuito equivalente del transformador.

La Figura 1 muestra el circuito equivalente de un transformador de dos arrollamientos en el que sus lados primario y secundario están relacionados mediante la relación de transformación Np/Ns. Este circuito puede servir para representar un transformador monofásico o cualquiera de las fases de un transformador trifásico, tanto en régimen permanente como en procesos transitorios de baja frecuencia. En caso de tener que analizar el comportamiento completo de un transformador trifásico, además de incluir la representación de las tres fases, sería necesario tener en cuenta el tipo de conexión en ambos lados del transformador.En este trabajo sólo se analizan circuitos adecuados para representar un transformador de dos arrollamientos funcionando en régimen permanente y en condiciones de carga simétrica y equilibrada. En tales condiciones, un transformador trifásico se puede representar mediante un circuito equivalente monofásico.

Figura 1. Circuito equivalente de un transformador con dos arrollamientos.Los parámetros que aparecen en el circuito de la Figura 1 tienen un significado físico muy concreto:

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Rm y Lm son los parámetros del núcleo del transformador; Rm representa las pérdidas en el núcleo, mientras que Lm representa el flujo de magnetización confinado en el núcleo y común a los dos arrollamientos del transformador.

Rp, Lp, Rs y Ls son los parámetros de los arrollamientos; Rp y Rs representan las pérdidas por efecto Joule de los dos arrollamientos del transformador, y Lp y Ls representan los flujos de dispersión de cada arrollamiento.

La relación Np/Ns es la relación entre el número de espiras de los lados primario y secundario del transformador, o lo que es igual la relación de transformación entre tensiones y corrientes nominales de ambos lados.

La representación de la Figura 1 no es la única utilizada en estudios con transformadores. Es muy corriente el uso de circuitos equivalentes en los que los dos arrollamientos del transformador se representan mediante una sola resistencia y una sola inductancia, ya sea referida al lado primario o al lado secundario. Por otro lado, los parámetros del núcleo, Rm y Lm, también podrían haber sido situados en el lado secundario. En todos los casos se ha supuesto que el parámetro Lm es no lineal. Una representación más rigurosa habría considerado que también es no lineal el parámetro Rm, y habría tenido en cuenta la dependencia de Rm con respecto a la frecuencia.El circuito de la Figura 1 es utilizado en el cálculo de procesos transitorios de baja frecuencia y en determinados estudios en régimen permanente, aunque en este último caso se suele considerar que el parámetro Lm tiene un comportamiento lineal. Para determinados estudios, el circuito equivalente de un transformador se puede simplificar, prescindiendo de los parámetros que representan el núcleo. En este trabajo se supone que cualquiera de los circuitos de la Figura 2 representa el comportamiento de un transformador con suficiente precisión. De hecho en algún caso se prescindirá incluso del parámetro resistencia. Para obtener los parámetros de los circuitos de la Figura 2 será necesario conocer los valores obtenidos en el ensayo normalizado en cortocircuito.

a) Parámetros en el lado primario.

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b) Parámetros en el lado secundario.

Figura 2. Circuitos equivalentes simplificados de un transformador con dos arrollamientos.Si se utilizan los siguientes símbolos:

Potencia nominal Sn, en kVA o MVA Tensiones nominales Vn1, Vn2, en kV Tensión de cortocircuito εcc, (en pu o en %) Pérdidas por efecto Joule en el ensayo en cortocircuito Wcc, en kW o MW el

cálculo de los parámetros del circuito equivalente simplificado y referido al secundario podría ser como sigue (Figura 2b):

(1a)

(1b)

(1c)

Donde Z2 es la impedancia total de los arrollamientos, referida al lado secundario, y f es la frecuencia de operación del sistema en el que funciona el transformador.Por lo que respecta al cálculo de parámetros referidos al lado primario (Figura 2a), sólo es necesario cambiar el subíndice "2" por el subíndice "1" en el símbolo de tensión nominal y aplicar el mismo proceso.Los valores de resistencia, inductancia (o reactancia) e impedancia de los circuitos de la Figura 2 se conocen también como resistencia, inductancia (o reactancia) e impedancia de cortocircuito. Así, por tanto, en el resto del artículo se utilizarán los siguientes símbolos:

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(2a)

(2b)

En la aplicación de estas fórmulas se supone que los valores de ε cc y Wcc, son los mismos independientemente de cuál sea el lado por el que se alimenta o el lado por el que se cortocircuita el transformador durante el ensayo en cortocircuito.

2.5. Transformador real.

Para entender el funcionamiento de un transformador real, refirámonos a la figura. Esta nos muestra un transformador que consiste en dos bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo del transformador. La bobina primaria del transformador está conectada a una fuente de tensión de ca y la bobina secundaria está en circuito abierto.

La base del funcionamiento del transformador se puede derivar de la ley de Faraday:

eent = dφ / dt

En donde φ es el flujo magnético ligado de la bobina, a través de la cual se induce la tensión. El flujo ligado total es la suma de los flujos que pasan por cada vuelta de la bobina, sumando tantas veces cuantas vueltas tenga dicha bobina:

φ = å f i

El flujo magnético total que pasa por entre una bobina no es sólo Nf , en donde N es el número de espiras en la bobina, puesto que el flujo que pasa por entre cada espira es ligeramente diferente del flujo en las otras vueltas, y depende de la posición de cada una de ellas en la bobina.Sin embargo, es posible definir un flujo promedio por espira en la bobina. Si el flujo magnético total de todas las espiras es l y si hay N espiras, entonces el flujo promedio por espira se establece por: “f = l / N”

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Figura: Curva de histéresis del transformador. Y la ley de Faraday se puede escribir

eent = N df / dt

La relación de tensión a través de un transformadorSi la tensión de la fuente es vp(t), entonces esa tensión se aplica directamente a través de las espiras de la bobina primaria del transformador. ¿Cómo reaccionará el transformador a la aplicación de esta tensión? La ley de Faraday nos explica qué es lo que pasará. Cuando la ecuación anterior se resuelve para el flujo promedio presente en la bobina primaria del transformador, el resultado es:

f = (1/NP) ò vp(t) dtEsta ecuación establece que el flujo promedio en la bobina es proporcional a la integral de la tensión aplicada a la bobina y la constante de proporcionalidad es la recíproca del número de espiras en la bobina primaria 1/NP.Este flujo está presente en la bobina primaria del transformador. ¿Qué efecto tiene este flujo sobre la bobina secundaria? El efecto depende de cuánto del flujo alcanza a la bobina secundaria; algunas de las líneas del flujo dejan el hierro del núcleo y más bien pasan a través del aire. La porción del flujo que va a través de una de las bobinas, pero no de la otra se llama flujo de dispersión. El flujo en la bobina primaria del transformador, puede así, dividirse en dos componentes: un flujo mutuo, que permanece en el núcleo y conecta las dos bobinas y un pequeño flujo de dispersión, que pasa a través de la bobina primaria pero regresa a través del aire, desviándose de la bobina secundaria.

f P = f M + f LP

Donde:

f P = flujo promedio total del primario. f M = componente del flujo de enlace entre las bobinas primaria y

secundaria.

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f LP = flujo de dispersión del primario.

Hay una división similar del flujo en la bobina secundaria entre el flujo mutuo y el flujo de dispersión que pasa a través de la bobina secundaria pero regresa a través del aire, desviándose de la bobina primaria:

f S = f M + f LS

Donde:

f S = flujo promedio total del secundario. f M = componente del flujo para enlazar entre las bobinas primaria y

secundaria. f LS = flujo de dispersión del secundario.

Con la división del flujo primario promedio entre los componentes tipo mutuo y de dispersión, la ley de Faraday para el circuito primario puede ser reformulada como:

vP(t) = NP df P / dt = NP df M / dt + NP df LP / dtEl primer término de esta expresión puede denominarse eP(t) y el segundo eLP(t). Si esto se hace, entonces la ecuación anterior se puede escribir así:

vP (t) = eP (t) + eLP (t)La tensión sobre la bobina secundaria del transformador, puede expresarse también en términos de la ley de Faraday como:

VS(t) = NS df S / dt = NS dfM / dt + NS dfLS / dt = eS(t) + eLS(t) La tensión primaria, debido al flujo mutuo, se establece por:

eP (t) = NP df M / dtY la secundaria debido al flujo mutuo por:

eS (t) = NS df M / dtObsérvese de estas dos relaciones que

eP (t) / NP = df M / dt = eS (t) / NS

Por consiguiente,eP (t) / eS (t) = NP / NS = a

Esta ecuación significa que la relación entre la tensión primaria, causada por el flujo mutuo, y la tensión secundaria,, causaao también por el flujo mutuo, es igual a la relación de espiras del transformador. Puesto que en un transformador bien diseñado f M » f LP y f M » f LS, la relación de tensión total en el primario y la tensión total en el secundario es aproximadamente

vP (t) / vS (t) » NP / NS = aCuanto más pequeños son los flujos dispersos del transformador, tanto más se aproxima la relación de su tensión total al transformador ideal.La corriente de magnetizaciónCuando una fuente de potencia de ca se conecta a un transformador, fluye una corriente en su circuito primario, aún cuando su circuito secundario esté en circuito

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abierto. Esta corriente es la corriente necesaria para producir un flujo en el núcleo ferromagnético real. Consta de dos componentes:1. La corriente de magnetización im, que es la corriente necesaria para producir el

flujo en el núcleo del transformador. 2. La corriente de pérdidas en el núcleo ih+e, que es la corriente necesaria para

compensar las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas. La corriente de magnetización en el transformador no es sinusoidal. Los

componentes de más alta frecuencia en la corriente de magnetización se deben a la saturación magnética en el núcleo del transformador.

Una vez que la intensidad máxima de flujo alcanza el punto de saturación en el núcleo, un pequeño aumento en la intensidad pico de flujo requiere un aumento muy grande en la corriente de magnetización máxima.

La componente fundamental de la corriente de magnetización retrasa la tensión aplicada al núcleo en 90°.

Los componentes de más alta frecuencia en la corriente de magnetización pueden ser más bien grandes, comparados con la componente fundamental. En general, cuanto más se impulse un núcleo de transformador hacia la saturación, tanto más grandes se volverán los componentes armónicos.

La otra componente de la corriente en vacío en el transformador es la corriente necesaria para producir la potencia que compense las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas en el núcleo. Esta es la corriente de pérdidas en el núcleo. Supongamos que el flujo en el núcleo es sinusoidal. Puesto que las corrientes parásitas en el núcleo son proporcionales a df /dt, las corrientes parásitas son las más grandes cuando el flujo en el núcleo está pasando a través de 0 Wb. La pérdida por histéresis es no lineal en alto grado, pero también es la más grande mientras el flujo en el núcleo pasa por 0. La corriente total en vacío, en el núcleo, se llama la corriente de excitación del transformador. Es, simplemente, la suma de la corriente de magnetización y la corriente por pérdidas en el núcleo:

iex = im + ih+e

2.6. Regulación de tensión y eficiencia.

La regulación de voltaje de un transformador es la cantidad adicional de voltaje que requiere el transformador con el secundario abierto, necesario para mantener un voltaje constante al aplicarle carga.

%regulación=V c−V pc

V pc100

Donde:

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Vc = Voltaje medido en el secundario sin carga (voltaje en vacío).Vpc = Voltaje medido en el secundario a plena carga.La eficiencia de un transformador es la relación de salida a la relación de entrada:

%eficiencia= Potenciade salidaPotencia de entrada

100

La potencia de salida se considera como la potencia que entrega el transformador a la carga y es igual a la potencia de entrada menos las pérdidas.Dado que un transformador es una máquina estática, no tiene partes en movimiento, carece de pérdidas por fricción y desgaste teniendo una alta eficiencia y depende de las pérdidas por calor generado en el núcleo y en los devanados. Las pérdidas en los devanados reciben el nombre de pérdidas en el cobre y se deben principalmente al paso de la corriente eléctrica. Las pérdidas en el núcleo consisten en calentamiento producido por el fenómeno de histéresis y por corrientes parasitas que se inducen en las láminas del núcleo, generalmente se denominan pérdidas en vacío. Potencia de entrada = Potencia de salida + PérdidasPérdidas en los devanados = (Rp x Ip2) + (Rs x Is2)Pérdidas en el núcleo “Po”:

Po = Ph + PeDonde:Ph = Pérdidas por histéresis.Pe = Perdidas por corrientes parásitas.

2.7. Conexiones trifásicas del transformador.

Casi todos los sistemas importantes de generación y distribución de potencia del mundo son, hoy en día, sistemas de corriente alterna trifásicos. Puesto que los sistemas trifásicos desempeñan un papel tan importante en la vida moderna, es necesario entender la forma como los transformadores se utilizan en ella.Los transformadores para circuitos trifásicos pueden construirse de dos maneras. Estas son:

a) Tomando tres transformadores monofásicos y conectándolos en un grupo trifásico.

b) Haciendo un transformador trifásico que consiste en tres juegos de devanados enrollados sobre un núcleo común.

Para el análisis de su circuito equivalente, conviene representar cada uno de los transformadores monofásicos que componen un banco trifásico por un circuito equivalente. Como los efectos de las capacidades de los devanados y de los

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armónicos de las corrientes de excitación suelen ser despreciables, podrá utilizarse cualquiera de los circuitos equivalentes deducidos para el caso de los monofásicos.En ellos, el transformador está representado, como en el teorema de Thévenin, por su impedancia en cortocircuito en serie con su tensión en circuito abierto; la razón de las tensiones en circuito abierto está representada por un transformador ideal; y las características de excitación están representadas por la admitancia en circuito abierto.Los valores de los parámetros pueden obtenerse a partir de los datos de diseño o ensayos en circuito abierto o en cortocircuito tomados a uno u otro lado del transformador, y estos valores se pueden emplear, sin modificación, o en el circuito equivalente de la figura a (en el cual se coloca la admitancia de excitación en el lado primario) o en el circuito equivalente de la figura b (en el cual se coloca la admitancia de excitación en el lado del secundario.) En muchos problemas, los efectos de la corriente de excitación son tan pequeños que puede despreciarse por completo la corriente de excitación y representarse el transformador por su impedancia equivalente en serie con un transformador ideal. Si se quiere, las impedancias equivalentes y admitancias de excitación se puede referir al otro lado del transformador multiplicando o dividiendo, según sea el caso, por el cuadrado de la razón de transformación. El circuito equivalente de un banco trifásico de transformadores puede trazarse conectando los circuitos equivalentes de las unidades de acuerdo con las conexiones del banco. Por ejemplo, en la figura a puede verse el circuito equivalente de un banco estrella-estrella y en la figura b un circuito equivalente de un banco triángulo. Las Y representan las admitancias en circuito abierto o de excitación y las Z las impedancias en cortocircuitos o equivalentes.

ConstituciónAl tratar del transformador trifásico suponemos que sus devanados, tanto de alta como de baja tensión, se hallan conectados en estrella. Según la aplicación a que se

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destine un transformador, deben considerarse las posibilidades de establecer otras conexiones distintas, las cuales ofrecen sobre todo especial interés desde el punto de vista del acoplamiento en paralelo con otros transformadores. Grupos de conexiónLas combinaciones básicas que han de ser tenidas en cuenta por lo que se refiere a sus particularidades para los acoplamientos en paralelo, forman esencialmente cuatro grupos. Cada grupo se caracteriza en particular por el desfase que el método de conexión introduce entre las f.e.m. primarias y las homólogas secundarias.

Nº Grupo Símbolo Conexionado

Primario Secundario Primario Secundario

0 Dd0

Yy0

Dz0

5 Dy5

Yd5

Yz5

6 Dd6

Yy6

Dz6

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11 Dy11

Yd11

Yz11

En la tabla se detallan los grupos de conexiones normalizados para transformadores de potencia trifásicos. Debe tener en cuenta que el esquema de conexionado es válido solamente en el caso que los devanados tengan el mismo sentido de arrollamiento.Trabajo en paralelo

El funcionamiento en paralelo de dos o más transformadores se produce cuando ambos se hallan unidos por sus devanados primarios y por los secundarios. Prácticamente, es necesario distinguir el caso de que esta unión sea inmediatamente directa sobre unas mismas barras ómnibus o bien que se efectúe a través de largas líneas en la red de distribución: la condición sobre la igualdad de las tensiones de cortocircuito tiene importancia solamente en el primer caso, ya que los conductores intermedios existentes en el caso de una red tienden a regularizar la distribución de la carga de los transformadores. Los transformadores pueden acoplarse en paralelo por sus secundarios, por los primarios o bien por los primarios y secundarios a la vez. Cuando la instalación lo permita, en las centrales por ejemplo, es preferible adoptar la primera solución, que añade a la impedancia interna de los transformadores la de los generadores, siempre considerable, y la repartición de la carga en proporción debida entre los distintos grupos es más fácil de obtener. La teoría de la marcha en paralelo forma parte, en este caso, del estudio de conjunto de las centrales eléctricas, por lo que nos ceñiremos a considerar el acoplamiento de los transformadores realizados simultáneamente por ambos lados de la conexión primario y secundario. Es claro que la frecuencia, una de las características esenciales de la instalación, será con ello sin más, rigurosamente la misma para todos los transformadores acoplados. Las restantes condiciones que han de cumplirse para que el funcionamiento sea posible y se realice de modo práctico, son las siguientes:

1.-Los desfases secundarios respecto al primario han de ser iguales para los transformadores que hayan de acoplarse en paralelo.

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2.- El sentido de rotación de las fases secundarias ha de ser el mismo en todos ellos.3.- Las relaciones entre las tensiones de líneas han de ser idénticas.4.- Las caídas de impedancia para las tensiones de cortocircuito, deben tener los mismos valores relativos para todos los transformadores, siendo preferible además que esta igualdad se cumpla por separado para las caídas óhmicas y las f.e.m.s. de reactancia.

Las dos primeras condiciones son eliminatorias, de no satisfacerse, el acoplamiento es imposible. Las dos últimas son necesarias para la buena marcha de la instalación.

3. Motores y generadores de corriente directa.

3.1. Fuerza electromotriz inducida.

El trabajo realizado para mover la carga eléctrica recibe el nombre de fuerza electromotriz (FEM). La FEM es el trabajo que tiene que realizar el generador para que se muevan las cargas del circuito. Sea que la cantidad de carga que pasa por cualquier sección del circuito en un intervalo de tiempo determinado, y T el trabajo realizado por el generador.No hay que confundir el concepto FEM con el de diferencia de potencial. La FEM es la causa del movimiento de las cargas dentro del propio generador, mientras que la diferencia de potencial es la causa del movimiento de las cargas en el resto del circuito. Por tanto, un generador o fuente de FEM es un dispositivo que transforma energía eléctrica.Está se presenta manteniendo constante una diferencia de potencial entre los bornes del generador. Esta diferencia se denomina tensión, se simboliza por V.La corriente eléctricaEn un conductor metálico aislado como, por ejemplo, un trozo de cobre, los electrones más externos de cada átomo se mueven libremente por el metal, es decir, no tienen una dirección privilegiada. Pero si los extremos de ese trozo de cobre los conectamos a una pila eléctrica, aparece un campo eléctrico en su interior y dichos electrones se mueven en la dirección del campo en el sentido de menor a mayor potencial.

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Ley de Ampere: Modelada por André-Marie Ampere en 1826, relaciona un campo magnético-estático con la causa que la produce, es decir, una corriente eléctrica estacionaria. James Clerk Maxwell la corrigió posteriormente y ahora es una de las ecuaciones de Maxwell, formando parte del electromagnetismo de la física clásica. La ley de Ampere-Maxwell es la misma ley corregida por James Clerk Maxwell que introdujo la corriente de desplazamiento, creando una versión generalizada de la ley e incorporándola a las ecuaciones de Maxwell.Ley de Faraday: Se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde: "La cantidad de sustancia que se oxida o se reduce en los electrodos de una cuba electrolítica es proporcional a la cantidad de electricidad depositada".

Donde E es el campo eléctrico, dl es el elemento infinitesimal del contorno C, B es la densidad de campo magnético y S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y dA de están dadas por la regla de la mano derecha. La permutación de la integral de superficie y la derivada temporal se puede hacer siempre y cuando la superficie de integración no cambie con el tiempo. Inductancia: La inductancia (L), es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético (ɸ) y la intensidad de corriente eléctrica (I) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado:

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente I exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas. Esta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso sólo a través del voltaje V inducido en el conductor por la variación del flujo. Con ello llegamos a una

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definición de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión:

El signo de la tensión y de la corriente son los siguientes: si la corriente que entra por la extremidad A del conductor y que va hacia la otra extremidad, aumenta, la extremidad A es positiva con respecto a la opuesta. Esta frase también puede escribirse al revés: si la extremidad A es positiva, la corriente que entra por A aumenta con el tiempo. En el SI, la unidad de la inductancia es el henrio (H), llamada así en honor al científico estadounidense Joseph Henry. 1 H = 1 Wb/A, donde el flujo se expresa en weber y la intensidad en amperios. El término "inductancia" fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886, mientras que el Símbolo L se utiliza en honor al físico Heinrich Lenz.

3.2. Análisis del circuito equivalente.

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3.3. Tipos de generadores (excitación separada, derivación, serie y compuesto).

Generador eléctricoEs todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz.

(FEM). Este sistema está basado en la ley de Faraday.El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.

Constitución general de las máquinas eléctricas rotativasLa constitución de toda máquina eléctrica rotativa (tanto de c.c. como de c.a.) es muy similar. Si sacrificamos un excesivo rigor científico por brevedad y sencillez, describiremos a continuación las partes más relevantes de toda máquina eléctrica rotativa, lo cual nos permitirá conocer tanto sus limitaciones como sus aplicaciones más adecuadas.Toda máquina eléctrica rotativa consta de los siguientes elementos básicos:

Inductor Inducido Escobillas Caratula o carcasa Entrehierro Cojinetes

Generador en derivación (shunt)Siendo el dinamo Shunt una maquina autoexitada, empezara a desarrollar su voltaje partiendo del magnetismo residual tan pronto como el inducido empiece a girar. Después a medida que el inducido va desarrollando voltaje este envía corriente a través del inductor aumentando el número de líneas de fuerza y desarrollando voltaje hasta su valor normal.

Dinamo de excitación compuesta (compound).

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Dinamo excitación serie.

Generadores ideales.Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales:

Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con Independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estar conectada entre ellos.

Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos.

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3.4. Motores de corriente directa. Fuerza contraelectromotriz.

El motor de corriente continua (denominado también motor de corriente directa, motor CC o motor DC) es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción que se genera del campo magnético.Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. El estator da soporte mecánico al aparato y contiene los devanados principales de la máquina, conocidos también con el nombre de polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre un núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa mediante escobillas fijas (conocidas también como carbones).El principal inconveniente de estas máquinas es el mantenimiento, muy caro y laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en contacto con las delgas.Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen tracción sobre un riel, o bien los motores de imanes permanentes. Los motores de corriente continua (CC) también se utilizan en la construcción de servomotores y motores paso a paso. Además existen motores de DC sin escobillas. Llamados brushless utilizados en el aeromodelismo por su bajo torque y su gran velocidadEs posible controlar la velocidad y el par de estos motores utilizando técnicas de control de motores CD. Según la ley de Fuerza simplificada, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha. Es importante recordar que para un generador se usará la regla de la mano derecha mientras que para un motor se usará la regla de la mano izquierda para calcular el sentido de la fuerza.Fuerza contraelectromotriz inducida en un motorEs la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador de pines. La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con la máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito.La fuerza contraelectromotriz en el motor depende directamente de la velocidad de giro del motor y del flujo magnético del sistema inductor.

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3.5. Tipos de motores (derivación, excitación separada, serie y compuesto).

Un motor de corriente continua es aquel que trabaja o se alimenta de corriente continua. Están formados generalmente por las siguientes partes:

Inductor o estator (Arrollamiento de excitación): Es un electroimán formado por un número par de polos. Las bobinas que los arrollan son las encargadas de producir el campo inductor al circular por ellas la corriente de excitación.

Inducido o rotor (Arrollamiento de inducido): Es una pieza giratoria formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de inducido, sobre el que actúa el campo magnético.

Colector de delgas: Es un anillo de láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor que sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas.

Escobillas: Son unas piezas de grafito que se colocan sobre el colector de delgas, permitiendo la unión eléctrica de las delgas con los bornes de conexión del inducido.

Hay cinco principales motores dc de uso general:

Motor DC de excitación separada Motor DC con excitación en derivación Motor DC de imán permanente

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Motor DC serie Motor DC compuesto

Excitación separada o independiente:Son aquellos que obtienen la alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes. Con ello, el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es entonces prácticamente constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán sólo a la disminución de la fuerza electromotriz por aumentar la caída de tensión en el rotor. Este sistema de excitación no se suele utilizar debido al inconveniente que presenta el tener que utilizar una fuente exterior de corriente.En derivación (shunt):Los devanados inducidos e inductor están conectados en paralelo y alimentados por una fuente común. También se denominan máquinas Shunt, y en ellas un aumento de la tensión en el inducido hace aumentar la velocidad de la máquina.

Motores dc excitación en serie:Los devanados de inducido y el inductor están colocados en serie y alimentados por una misma fuente de tensión. En este tipo de motores existe dependencia entre el par y la velocidad; son motores en los que, al aumentar la corriente de excitación, se hace disminuir la velocidad, con un aumento del par.Motores dc excitación compuesta (compound):También llamados compound, en este caso el devanado de excitación tiene una parte de él en serie con el inducido y otra parte en paralelo. El arrollamiento en serie con el inducido está constituido por pocas espiras de gran sección, mientras que el otro está formado por un gran número de espiras de pequeña sección. Permite obtener por tanto un motor con las ventajas del motor serie, pero sin sus inconvenientes. Sus curvas características serán intermedias entre las que se obtienen con excitación serie y con excitación en derivación. Existen dos tipos de excitación compuesta. En la llamada compuesta adicional el sentido de la corriente que recorre los arrollamientos serie y paralelo es el mismo, por lo que sus efectos se suman, a diferencia de la compuesta diferencial, donde el sentido de la corriente que recorre los arrollamientos tiene sentido contrario y por lo tanto los efectos de ambos devanados se restan.

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3.6. Características de los motores de corriente directa.

Característica par-velocidad de un motor

Un motor en marcha se define de forma que su velocidad y su par-motor (es decir, su momento de fuerzas, M) está determinado por la llamada característica de carga o característica par-velocidad, un gráfica donde en ordenadas se representa el par-motor (M) y en abscisas la velocidad (n)

A la curva en cuestión se le denomina característica nominal. En la gráfica de la derecha se representa la curva característica de tres motores distintos.

Nota: El par-motor o momento de fuerzas se define como el producto de la fuerza que interviene en el giro y la distancia desde el eje hasta el punto de aplicación de la fuerza.

Hay que diferenciar dos tipos de par-motor en el funcionamiento de un motor eléctrico:

Par interno (Mi): Se debe a la carga que el motor absorbe. Las fuerzas magnéticas inducidas sobre los conductores que forman el inducido (valga la redundancia) hacen girar el rotor de la máquina. Pues bien, cada una de estas fuerzas determina su correspondiente momento y, dado que todas la fuerzas deben ejercer su acción en el mismo sentido, el momento de rotación de la máquina vendrá dado por la suma de todos esos momentos elementales.

Par resistente (Mr): Se debe a la fuerza resistente que se opone al movimiento del motor, son fuerzas de oposición al arrastre del motor.

3.7. Puesta en marcha de motores de corriente directa.

Arranque o puesta en marcha

Es el momento de conexión del motor a la red eléctrica de alimentación. Para que el motor pueda arrancar, es preciso que venza la resistencia que ofrecen los rozamientos. El momento de fuerzas de rotación desarrollado por el motor en ese instante recibe el nombre de par interno de arranque (mia) que debe ser mayor que el par resistente (mra) que se da en el mismo momento. De no ser así, el motor no se pondría en marcha.

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Aceleración

Es el periodo que sigue a la puesta en marcha. Durante ese tiempo, la velocidad aumenta por lo que se exige al motor el máximo par que es capaz de dar, ya que debe vencer el par resistente y contrarrestar el par interno.

Marcha de régimen o régimen nominal

Esta fase se alcanza cuando su velocidad bajo la carga nominal es constante (n=constante). En estas condiciones, el par motor (mi) desarrollado es igual y de signo contrario al par resistente de la carga, y el motor se encuentra en el punto p. En ese momento mi = mr definimos pues: valor nominal como el valor en el que normalmente funciona la máquina. En ese momento el motor a velocidad constante. Esto provoca que la velocidad del motor aumente. A medida que aumenta, el par resistente de arranque va disminuyendo, mientras que par resistente de arranque aumenta. En el momento que sean iguales (punto p). Se alcanza una situación estable en la que la se alcanza el régimen nominal y la velocidad se mantiene.

Estabilidad de funcionamiento

El funcionamiento de un motor puede ser estable o inestable. Un motor tiene un régimen estable cuando al variar su velocidad, el desequilibrio provocado por una perturbación desaparece porque el motor tiende a volver a su valor inicial. Si la velocidad tiende a aumentar, el par motor debe ser inferior al par resistente, pero si la velocidad disminuye, el par motor debe ser superior al par resistente.

Una máquina eléctrica es inestable cuando frente a una variación de los valores característicos de su régimen nominal, responde automáticamente con una acción que refuerza esa alteración, alejándola aún más del régimen nominal.

La alteración puede ser:

Disminuye la velocidad (δn<0): en un motor estable debe aumentar el par motor interno para que sea superior al resistente. (δmi > δmr).

Aumenta la velocidad (δn>0): en un motor estable debe disminuir el par motor interno para que sea inferior al resistente. (δmi < δmr).

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Perdida en las maquinas eléctricas

Una fracción de la energía suministrada se pierde en forma de calor. Las hay de tres tipos:

Pérdidas mecánicas: aquellas originadas por el rozamiento del aire, los cojinetes y diversos elementos mecánicos.

Pérdidas en los conductores: a q u e l l a s que ocurren solamente en los devanados que son recorridos por la corriente. Las pérdidas se dan en forma de calor por el efecto joule.

Pérdidas en el hierro: son de tipo magnético y se deben a la variación del flujo. Destacan:

Corrientes de Foucault: Corrientes inducidas en materiales metálicos que reaccionan contra el campo que las induce y tiende a oponerse a la variación de flujo.

Histéresis: Se debe a la imanación que permanece provocada previamente por otro campo magnético. Ejemplo: una aguja de acero bajo un campo magnético se comporta como un imán aunque desaparezca el campo magnético que lo imanó. Son estos procesos de imanación y desimanación los que se dan en un motor eléctrico y provocan pérdidas

3.8. Frenado dinámico. Par y eficiencia.

Cuando el momento electromagnético de la maquina se oponga a la rotación, o sea que actúe en sentido contrario a la velocidad con el objetivo de disminuir el tiempo que emplea la maquina en detenerse o, en el caso de cargas activas para evitar que la velocidad aumente indefinidamente. Cuando el accionamiento trabaje en estas condiciones se dice que se encuentra en régimen de frenado.

Frenado contra corriente

Al trabajar el motor en un régimen de frenado contracorriente se introduce en el circuito una resistencia adicional para restringir la corriente. Este es posible si el momento o par motor de carga resulta mayor que el momento de corto circuito. La carga en este régimen debe ser limitada según la corriente admisible en el circuito del reducido. En este caso conviene variar el sentido de la corriente del inducido, dejar invariable la dirección de la corriente en el devanado de excitación.

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Frenado dinámico con excitación independiente y con auto excitación con excitación independiente

Aquí el motor trabaja a régimen generador con excitación independiente, el devanado de excitación, se conecta a la red a través de la resistencia que restringe la corriente hasta la magnitud nominal. A veces para motores de pequeña potencia se rehúsa la conexión del devanado en serie según el circuito anterior y se ejerce el mantenimiento del flujo, al aplicar el frenado dinámico, valiéndose de anillos de cobre cortocircuitados en los polos se utilizan para motores de 0,52 kw de potencia destinado al sistema de carga de altas normas.

Con auto excitación

Durante el frenado con auto excitación el inducido y el devanado de excitación del motor se desconectan de la red y se cierran en la resistencia. Señalando que al pasar la máquina de régimen de motor a régimen de frenado dinámico conviene variar la polaridad del inducido, de modo que no varía la dirección de la corriente del devanado de excitación para evitar la desimanación de la máquina.

Motor compound

El Motor compound admite tres procedimientos de frenado eléctrico: El frenado regenerativo (en hipersincronismo). El frenado dinámico o por corriente continua. El frenado por contracorriente.

En caso de frenado regenerativo la corriente en el inducido y en el devanado en serie varía la dirección y puede desimanar la máquina. Para evitar la acción desimanante, habitualmente al pasar la velocidad el devanado en serie se shunta y, por eso, las características mecánicas en el cuadrante II tienen la forma de rectas.

Esta forma también la tienen las características de frenado dinámico, ya que este tipo de frenado suele practicarse al conectar solo el devanado de excitación independiente, cuando, prácticamente, el flujo magnético es permanente. Las características de los regímenes por contracorriente no son lineales a causa de la influencia de la fem variable del devanado en serie, en caso de que varíe la carga.

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Motor Shunt

En muchas instalaciones eléctricas el frenado de los motores es de capital importancia. En los motores shunt la acción de frenado es posible:

Mediante la devolución de la energía al circuito de alimentación de potencia, lo que también se llama frenaje regenerativo. Por inversión o conmutación de la corriente también llamado frenado por contracorriente.

Frenaje regenerativo

En el caso de motor shunt el frenaje regenerativo tiene lugar cuando, trabajando como motor, la maquina es obligada por la potencia impulsora a girar a una velocidad que excede la velocidad en vacío. Puede ser cuando la maquina trabaja también como generador pero en este caso la energía retorna a la línea y la recupera.

Frenaje por inversión

Ocurre cuando la carga mecánica acoplada al eje de la maquina la hace girar en sentido contrario al momento producido electromagnéticamente, en este caso, la maquina recibe energía tanto por el eje como por la línea de alimentación. Este tipo de frenado se puede realizar por dos métodos:

Cuando la potencia impulsora obliga a la maquina a girar en sentido contrario al que tiene cuando desarrolla el par motor. Invirtiendo la rotación mediante el cambio de sentido de la corriente en el inducido del motor.

Frenaje dinámico

La maquina trabaja como generador recibiendo energía por su eje y entregándola a una resistencia. Cuando se emplea el frenaje dinámico en un motor shunt, su inducido es desconectado del circuito de alimentación de potencia y se conmuta en paralelo con él una resistencia de carga sin variar la corriente en el circuito de excitación.

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4. Máquinas síncronas.

4.1. Principio y análisis del generador síncrono.

Los dos principios fundamentales en los que se basa cualquier máquina que transforma la energía mecánica en energía eléctrica (generador electromagnético) son los siguientes:

Cuando un conductor que se encuentra situado en el interior de un campo magnético se mueve de tal forma que corta líneas de flujo magnético, se genera en él una fuerza electromotriz (fem).

Al circular una corriente eléctrica a través de un con- ductor situado dentro de un campo magnético, se produce una fuerza mecánica que tiende a mover al conductor en dirección perpendicular a la corriente y al campo magnético.

El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica (en forma de rotación) en energía eléctrica su principio de funcionamiento consta en la excitación de flujo en el rotor.

El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator.

El rotor gira recibiendo un empuje externo desde (normalmente) una turbina. Este rotor tiene acoplada una fuente de "corriente continua" de excitación independiente variable que genera un flujo constante, pero que al estar acoplado al rotor, crea un campo magnético giratorio (por el teorema de Ferraris) que genera un sistema trifásico de fuerzas electromotrices en los devanados estatóricos. El rotor también conocido como inductor, pues es la parte que induce el voltaje en el estator. El núcleo del rotor es construido de lámina troquelada de acero al silicio, material de excelentes características magnéticas, con la finalidad de evitar pérdidas por histéresis y corrientes parasitas.

El yugo es una pieza continua con zapata polar, para así eliminar la dispersión del flujo por falsos contactos magnéticos. En la zapata polar se hacen barrenos para alojar el devanado amortiguador en jaula de ardilla, diseñado con el objeto de reducir armónicas en la forma de onda que entrega el generador.

El rotor gira concéntricamente en el eje del generador a una velocidad sincrónica de 1500 revoluciones por minuto (RPM) para 50 Hz (1800 RPM para 60 Hz).

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4.2. Principio y análisis del motor síncrono.

La máquina sincrónica al igual que la máquina de corriente directa, se puede conectar para operar como generador y como motor. En este apartado analizaremos la máquina síncrona en su operación como motor síncrono. Estos motores son llamados así, debido a que la velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético del estator son iguales. Los motores síncronos son utilizados en máquinas de gran tamaño que tienen una carga variable y necesitan de una velocidad constante, también existen motores síncronos monofásicos de tamaño pequeño utilizados en control y relojes eléctricos. Los motores sincrónicos son motores trifásicos de corriente alterna que funcionan a la velocidad de sincronismo, sin deslizamiento.

Construcción del motor síncrono.

Los motores síncronos tienen las siguientes características:

Tienen un estator de trifásico similar al de un motor de inducción. Son usados por lo general en instalaciones de voltajes medianos.

Tienen un rotor bobinado (campo rotatorio) que tiene el mismo número de polos que el estator, el cual es excitado por media de una fuente externa de corriente continua. El rotor puede ser de polos lisos o polos salientes.

Arranca como un motor de inducción. El motor síncrono tiene también un devanado tipo jaula de ardilla conocido como devanado amortiguador que sirve para producir la fuerza de torsión para el arranque del motor.

Los motores síncronos funcionan como se mencionó anteriormente a la velocidad de sincronismo de acuerdo con la fórmula:

RPM = (120 x frecuencia)/Número de polos.

Operación del motor síncrono.

El devanado amortiguador tipo jaula de ardilla produce el par de arranque y aceleración del motor, dando como resultado una alta velocidad en el motor.

Cuando la velocidad del motor alcanza aproximadamente 97% de su valor nominal en RPM, la corriente del campo de corriente directa se aplica al

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rotor produciendo una fuerza de Torsión y el rotor disminuirá su velocidad hasta "sincronizarse" con el campo rotativo del devanado de campo en el estator. El motor correrá a la velocidad de sincronismo y producirá fuerza de torsión síncrona.

Después de la sincronización, la fuerza de torsión no deberá excederse o el motor quedará fuera de sincronismo. Ocasionalmente, Si existe sobrecarga momentánea, el motor sufrirá un "deslizamiento" pero volverá a sincronizarse. Por lo anterior, debe existir una protección ya que si el motor se deja trabajando como motor de inducción, demandará una alta corriente que pudiera dañar el motor.

Análisis de las formas de arranque del motor trifásico.

Como se ha indicado en los subtemas anteriores, una de los grandes problemas del motor síncrono es su bajo par de arranque, motivo por el cual se hace necesario llevar al motor a su velocidad síncrona utilizando diferentes métodos. Enseguida se indican los principales métodos de arranque para este tipo de motor:

Arranque del motor por medio de la reducción de la frecuencia eléctrica.

El propósito de este método es reducir la velocidad del campo magnético del estator de tal manera que el motor por sí mismo. Hasta hace unos años este método era poco usual debido a que como sabemos los sistemas de energía eléctrica tienen frecuencias eléctricas fijas que en el caso de nuestro país es de 60 Hz. Sin embargo, hoy día la situación es diferente debido al gran auge de los dispositivos semiconductores de estado sólido que son los encargados de entregar una salida de frecuencia variable mediante una entrada de frecuencia constante.

Arranque del motor con un motor primario externo.

En este método se hace uso de un motor externo de cd o ca que permita arrastrar al motor síncrono hasta la velocidad plena, una vez alcanzada esta velocidad, el motor síncrono se puede conectar en paralelo con el sistema de potencia funcionando como generador, después de esto el motor de arranque es desconectado y la máquina síncrona se comporta ahora como un motor, y está preparado para que se le suministre la carga.

Arranque del motor con devanados de amortiguamiento.

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Este es el método más popular para el arranque de los motores síncronos, también es conocido como método de arranque de motor síncrono como motor de inducción. Consiste en colocar devanados de amortiguamiento en unas barras localizadas en la cara del rotor y que están en cortocircuito en cada extremo por medio de un anillo.

4.3. Regulación y puesta en marcha de la máquina síncrona.

Supongamos que tenemos un motor de inducción convencional (un motor asincrónico), con un estator y un rotor de jaula de ardilla (pudiera ser también un rotor embobinado). Alimentamos las tres bobinas del estator, dispuestas a 120 grados entre sí, con un sistema de corrientes trifásicas y balanceadas. Lo que ocurre a continuación es algo que suponemos ha sido estudiado anteriormente, se produce un campo rotatorio equivalente en el entrehierro que induce corrientes en el rotor y estas, a su vez, interactúan con el mismo campo que las produce, obteniéndose como resultado la aceleración del rotor y aumento de su velocidad hasta que se estabiliza en una velocidad cercana a la sincrónica. Este fenómeno se reproduce a diario en millones y millones de motores de inducción del mundo actual.

Decidimos ahora experimentar un poco y le extraemos el rotor al motor de inducción para sustituirlo por un imán permanente. Es decir, intercambiamos la jaula de ardilla por un imán, tal cual se muestra aquí:

La primera observación que surge es que en este caso, la existencia de corrientes o de un campo magnético en el rotor no depende del efecto inductivo ni

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de la influencia del campo existente en el estator. El rotor no tiene corrientes inducidas y tenemos un campo magnético constante que puede girar libre en el espacio anteriormente ocupado por el rotor del motor de inducción.

Si las bobinas del estator están energizadas entonces sabemos que existe un campo rotatorio equivalente en el entrehierro. Si el imán es también un campo magnético, las leyes de la física nos explican que se produce un torque entre los dos vectores de campo que hace que estos tiendan a alinearse. Si el estator está fijo y el imán puede girar libremente, lo que ocurrirá será que este último comenzará a moverse en la misma dirección del campo de estator, siguiéndolo en su recorrido.

Esta respuesta parece lógica, sólo que existe una limitante relacionada con la característica inercial del rotor que no le permitiría comenzar a girar instantáneamente, a menos que su masa fuese cero, o que la velocidad de rotación del campo fuera suficientemente lenta, digamos de una revolución por segundo, lograda sólo si alimentáramos el estator con corrientes de frecuencia 1Hz, muy lejos de los 60Hz que ya tenemos en el país. Más adelante comentaremos este singular detalle operacional.

Tenemos que ahora el movimiento del rotor depende exclusivamente de la alineación entre ambos campos magnéticos, el del estator y el del rotor. Si inyectamos corrientes trifásicas en el estator, al igual que en un motor de inducción se producirá un campo rotatorio equivalente que en este nuevo arreglo “arrastrará” al campo del imán permanente del rotor. Un motor cuyo rotor gira a la misma velocidad del campo del estator (un motor sincrónico) porque no tiene el deslizamiento (s) del motor de inducción, donde la energía que recibe el rotor desde el estator tiene que alcanzar para la rotación y para cubrir sus pérdidas internas. Si ahora, en lugar de alimentar al estator lo desconectamos y hacemos que el rotor gire accionándolo externamente, como por ejemplo conectando su eje a una turbina de agua, el movimiento giratorio hará que un campo magnético fijo pase por cada una de las bobinas del estator y provoque una variación de flujo, por lo tanto, se inducirá un voltaje en cada bobina (por cierto, algo muy similar a lo que ocurre en la periferia del rotor de un motor de inducción). Si las bobinas están separadas 120 grados entre sí, el voltaje inducido en cada una de ellas tendrá los 120 grados de diferencia que, en conjunto, conforman un sistema trifásico balanceado (suponiendo que las bobinas son iguales). Tendremos entonces un generador sincrónico.

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Según utilicemos una máquina sincrónica como motor o como generador, el campo magnético que “arrastra” será el que proviene desde el elemento por donde entra la energía: si es un motor, la energía (eléctrica) entra por el estator y su campo magnético “arrastra” al del rotor (demanda-mecánica). Por el contrario, si se utiliza como generador, la energía (mecánica) entra por el rotor y este campo magnético “arrastra” la carga eléctrica conectada al estator (demanda-eléctrica). Gráficamente es algo así:

El ángulo delta, llamado también ángulo de carga, es la separación angular entre el campo que “arrastra” y el campo “arrastrado”. Su valor dependerá de la fortaleza en la atracción magnética entre los dos campos y, claramente, se puede “estirar”, tal cual lo haría una goma elástica con la que se arrastre una carga. La goma se estiraría hasta equilibrar el roce con la fuerza de arrastre.

La denominada “estabilidad” de una máquina sincrónica dependerá en parte de que su ángulo de carga crítico no se exceda cuando se produzca un desequilibrio en el balance, entre la energía que entra y la energía que sale de la máquina. La diferencia entre las dos se acumula o se pierde en la máquina y esto se traduce en variaciones de su velocidad y frecuencia que ocasionan condiciones operativas insostenibles. Hay muchos estudios al respecto que deben ser consultados para profundizar sobre el tema, ya que constituyen la base de la operación segura en un sistema de potencia eléctrica.

Controlando el módulo del voltaje generado en una MS

Un elemento adicional para el sistema funcional de una máquina sincrónica consiste en sustituir el imán permanente del análisis anterior por un electroimán (una bobina eléctrica, alimentada con corriente continua). La ventaja que se

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obtiene se deriva de la posibilidad de controlar la intensidad del campo magnético del rotor controlando su corriente y, de este modo, su interacción con el campo del estator.

La variación del flujo con la que se inducen los voltajes en las bobinas del estator depende de dos factores:

Єa = Δφ

=Variaciones en la intensidad del campo

Δt Variaciones en la velocidad de giro

Es así como variando la corriente hacia el rotor (excitatriz), se puede variar el módulo del voltaje inducido. Este es el principio de funcionamiento del regulador automático de voltaje (AVR por sus siglas en inglés), que adecúa la corriente de la excitatriz para controlar el voltaje en los bornes del generador.

Cómo arrancar una máquina sincrónica

Al principio se habló de inyectar un juego de corrientes trifásicas a los arrollados de un estator mientras colocábamos un imán permanente en el lugar del rotor. Se dijo que el imán iba a comenzar a rotar y tendríamos así un motor sincrónico. Pues la cosa no es tan sencilla: gira, pero no arranca. Echar a andar (girar) el rotor de una máquina sincrónica significa llevarla desde cero RPM a 3600 RPM, en un instante de tiempo (suponiendo que tiene un par de polos), mientras pasa el vector rotatorio por el entrehierro y arrastra al imán. Tremenda fantasía; a menos que la masa del electroimán fuera cero, no es posible semejante variación de velocidad en ese instante. Posiblemente el rotor comience a vibrar, pero no logra arrancar.

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Un procedimiento de arranque puede consistir en conectar un motor de inducción al eje de la máquina sincrónica, para que éste arranque el rotor y lo lleve hasta una velocidad cercana a la sincrónica (un pequeño deslizamiento). Luego, el rotor se energiza (la excitatriz) y se completa el emparejamiento de la velocidad. Por supuesto que esta maniobra no es sencilla ni barata, el motor de inducción es parte del conjunto y sigue dando vueltas, arrastrado por el motor. Por esta razón, los motores sincrónicos no son muy comunes, al menos en aplicaciones en las que tiene que arrancar y detenerse como parte del ciclo de trabajo.

Cuando se trata de un generador la cuestión es mucho más sencilla. Considerando que la energía en este caso entra en forma mecánica por el rotor y sale en forma eléctrica por el estator, lo que hay que hacer es arrancar el eje motriz del generador (motor de combustión, turbina de agua, vapor o gas, etc.), hasta que el conjunto alcance la velocidad sincrónica (frecuencia eléctrica igual a la de la red). En este momento, igualdad de frecuencias y de voltajes, se realiza la maniobra conocida como “sincronización”: se conectan los bornes de la máquina a la red.

5. Motores de corriente alterna.

Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda senoidal.

En ingeniería eléctrica un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud que presentan una cierta diferencia de fase entre ellas (120°). Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase. (R, S, T)

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Rotor: parte móvil del motor. Formado por chapas magnéticas aisladas y ranuradas exteriormente. En su devanado existen dos posibilidades:

Rotor de “jaula de ardilla”: barras de cobre o aluminio inyectadas en las ranuras y unidas por ambos extremo (motor trifásico en cortocircuito)

Rotor bobinado: devanado trifásico similar al del estator (motor de rotor bobinado). Los devanados del rotor están conectados a anillos colectores montados sobre el mismo eje.

Estator: parte fija del motor. Formado por chapas magnéticas aisladas y ranuradas interiormente que están unidas en una corona. Sobre las chapas hay arrollados tres devanados iguales desfasados 2π/ 3p, siendo p el

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número de pares de polos. Los devanados se encuentran conectadas a la placa de bornes que se conecta a la red de alimentación.

Entrehierro: Separación entre estator y rotor.

5.1. Principio y análisis de:

5.1.1. Motor jaula de ardilla.

Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla" (Figura 5.1.1.1). En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas).

La base del rotor se construye con láminas de hierro apiladas. La figura 5.1.1.2 muestra solamente tres capas de apilado pero se pueden utilizar muchas más. Los devanados inductores en el estator de un motor de inducción instan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras.

Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje.

Figura 5.1.1.1

Un rotor de jaula de ardilla de una bomba centrífuga.

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En efecto, el rotor se lleva alrededor el campo magnético, pero en un índice levemente más lento de la rotación. La diferencia en velocidad se llama "deslizamiento" y aumenta con la carga.

A menudo, los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotor para reducir ruido y para reducir las fluctuaciones del esfuerzo de torsión que pudieron resultar, a algunas velocidades, y debido a las interacciones con las barras del estator. El número de barras en la jaula de la ardilla se determina según las corrientes inducidas en las bobinas del estator y por lo tanto según la corriente a través de ellas. Las construcciones que ofrecen menos problemas de regeneración emplean números primos de barras.

El núcleo de hierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. En estructura y material se diseña para reducir al mínimo las pérdidas. Las laminas finas, separadas por el aislamiento de barniz, reducen las corrientes parásitas que circulan resultantes de las corrientes de Foucault (en inglés, 'Eddy current').

El material, un acero bajo en carbono pero alto en silicio (llamado por ello acero al silicio), con varias veces la resistencia del hierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo de carbono le hace un material magnético suave con pérdida bajas por histéresis.

El mismo diseño básico se utiliza para los motores monofásicos y trifásicos sobre una amplia gama de tamaños.

Los rotores para trifásica tienen variaciones en la profundidad y la forma de las barras para satisfacer los requerimientos del diseño. Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad.

Figura 5.1.1.1

Esquema del rotor de jaula de ardilla.

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De acuerdo a sus curvas características par-velocidad, los motores de jaula de ardilla se diseñan en los tipos A, B, C Y D, como se muestra en la Figura 3. El diseño tipo B es el más común y cubre la mayoría de las aplicaciones delos motores.

Figura 5.1.1.3

Gráfica de par-velocidad para motores de diseño A, B, C y D.

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5.1.2. Motor con rotor bobinado.

El motor de inducción de rotor devanado opera bajo los mismos principios que los motores de jaula de ardilla, pero difieren en la construcción del rotor.

En lugar de barras en corto circuito, el rotor está constituido de bobinas cuyas terminales llegan a unos anillos rozantes montados sobre el eje (figura 5.1.2.1).

Las conexiones de las resistencias externas al circuito del rotor a través de los, anillos rozantes, permite la variación de las carteristas par-velocidad .

El rango de variación de velocidad es alrededor 5:1, se puede lograr agregando resistencias externas al circuito del rotor. Sin embargo, es a expensas de la deficiencia eléctrica, a menos que se use energía deslizante recuperable en el

Figura 5.1.2.1

Conexión de un motor con rotor bobinado.

Figura 5.1.2.2

Par nominal de un motor con rotor devanado.

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circuito.

El máximo par que un motor puede producir está determinado por el diseño de su rotor, pero la velocidad a la cual este par está desarrollado depende de la resistencia externa de rotor.

Cada diseño de rotor devanado tiene una familia de curvas par-velocidad que corresponde a varios valores de resistencia externa al rotor, como se muestra en la figura 5.1.2.2.

Figura 5.1.2.3

Motor con rotor devanado.

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5.2. Arranque y control de velocidad de los motores de inducción.

5.2.1. Arranque de Motor de Inducción con Rotor Devanado.

El motor de corriente alterna tipo rotor devanado, opera bajo los mismos principios que los motores de jaula de ardilla, pero difieren en la construcción del rotor. En este tipo de motor como su nombre lo indica el rotor está devanado con un propósito muy definido.

Unas del de las limitantes del motor con rotor tipo jaula de ardilla es que durante su funcionamiento no hay forma de influir desde el exterior sobre la corriente del circuito en el rotor, en cambio en un motor con rotor devanado si es posible variar la resistencia del circuito del rotor conectando resistencias adicionales, pues el rotor es excitado externamente mediante anillos rozantes.

Si se introduce en el circuito del rotor del motor de inducción una resistencia, se aumenta el deslizamiento de la máquina para cualquier valor dado del par.

Para valores pequeños de deslizamiento, el par es prácticamente proporcional a la corriente del rotor y al flujo en el entrehierro.

El flujo en el entre hierro de un motor de inducción es prácticamente constante, ya que la atención a las terminales, y por lo tanto la FEM, son casi constantes. Si se introduce en el circuito del rotor una resistencia, su impedancia se incrementa.

Para valores bajos del deslizamiento, que es donde normalmente el motor funciona, la reactancia del inducido es pequeña comparada con la resistencia, siguiendo la impedancia, por lo tanto, casi toda la resistencia. Si él deslizamiento se mantiene constante, la FEM inducida del rotor no cambia. La corriente del inducido, que es igual a esta FEM dividida por la impedancia del rotor, disminuye, debido al aumento de resistencia dando como resultado que el par también disminuya.

Para volver a llevar el par a su valor inicial, se debe aumentar la corriente del inducido, y para aumentar esta corriente, se debe aumentar la FEM inducida. Debido a que el flujo del entrehierro es constante, el aumento de la FEM sida sólo se puede obtener haciendo que los conductores del rotor corten al flujo a mayor velocidad, por lo tanto, para un par dado, el deslizamiento aumenta cuando se intercala una resistencia del circuito del rotor.

En la figura 5.2.1.1 se observa que se obtiene el par a plena carga con un deslizamiento mayor cuando la resistencia del rotor se aumenta. La magnitud del

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par máximo no se modifica, pero el deslizamiento que corresponde este par se desplaza hacia el punto de velocidad cero, es decir, que el par máximo se obtiene para un valor mayor del deslizamiento. El rotor gira a menor velocidad, pero esta disminución de velocidad cero se tiene a expensas del rendimiento, ya que las pérdidas I2R en el circuito del rotor aumentan.

5.2.2. Métodos de control para Motores de Inducción.

5.2.2.1. Controles Electromecánicos.

Hasta la llegada de los modernos controladores de estado sólido, los motores de inducción no eran las máquinas adecuadas para aplicaciones que requerían considerable control de velocidad. El rango normal de operación de un motor de inducción típico está confinado a menos de 5% de deslizamiento y la variación de la velocidad en ese rango es más o menos directamente proporcional a la carga sobre el eje del motor. Aun si el deslizamiento fuera mayor, la eficiencia del motor sería muy pobre puesto que las pérdidas en el cobre del rotor son directamente proporcionales al deslizamiento del motor.

Figura 5.2.1.1

Efecto producido sobre las curvas par-deslizamiento al intercalar una resistencia en el rotor.

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Existen sólo dos técnicas para controlar la velocidad de un motor de inducción, una de las cuales consiste en variar la velocidad sincrónica (velocidad de los campos magnéticos del rotor y del estator) puesto que la velocidad del rotor siempre permanece cerca de n sin c. La otra técnica consiste en variar el deslizamiento del motor para una carga dada.

La velocidad sincrónica de un motor de inducción está dada por:

n sin C = 120 f eP

En donde:

fe es la frecuencia de línea.P el número de polos.

Por tanto las únicas formas en que se puede variar la velocidad sincrónica de la máquina son:

1. Cambiando la frecuencia eléctrica.

2. Cambiando el número de polos de la máquina.

El control del deslizamiento puede ser llevado a cabo bien sea variando la resistencia del rotor o variando el voltaje en las terminales del motor.

CAMBIO DE POLOSExisten dos métodos importantes para cambiar el número de polos en un motor deinducción:

1. El método de los polos consecuentes.

2. Devanados de estator múltiples.

El primer método es antiguo (1897) y se basa en el hecho de que el número de polos en los devanados estatóricos de un motor de inducción se puede cambiar con facilidad en relación 2:1 con sólo efectuar simples cambios en la conexión de las bobinas. En la figura 5.2.2.1.1 se muestra el estator de un motor de dos polos adecuado para este método. Al variar los polos, se produce un funcionamiento relativamente satisfactorio puesto se ha variado el número de polos tanto del estator como del rotor. Dichos motores polifásicos de jaula y monofásicos se

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denominan motores de inducción de velocidad múltiple. Estos motores poseen devanados estatóricos, específicamente diseñados para la variación de polos mediante los métodos de conmutación manual y/o automática, en que los diversos devanados estatóricos primarios se conectan en combinación serie paralelo. Los motores de inducción de velocidad múltiple son asequibles en combinaciones de velocidad síncrona doblada o cuatriplicada, mediante la variación de polos.

En la figura 5.2.2.1.2 se puede ver cómo en una configuración de dos polos, cuando la conexión en una de las dos bobinas se invierte, los dos son polos norte y el flujo magnético retorna al estator en puntos intermedios entre las dos bobinas. Los polos sur son llamados polos consecuentes y el devanado es ahora de cuatro polos.

Como método de control de velocidad sólo puede utilizarse para producir velocidades relativamente fijas (600, 900, 1200 ó 1800 r.p.m.) para un motor de

Figura 5.2.2.1.1

Devanado estatórico de dos polos para cambio de polos.

Figura 5.2.2.1.2

Devanado de dos a cuatro polos mediante polos consecuentes.

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inducción cuya velocidad varía sólo ligeramente (del 2 al 8%) desde vacío a plena carga.La variación polar como método de control de la velocidad presenta las siguientes ventajas:

1) Elevado rendimiento a cualquier ajuste de la velocidad.

2) Buena regulación de la velocidad para cualquier ajuste de la misma.

3) Simplicidad de control en la obtención de cualquier velocidad determinada mediante la conmutación manual o automática, y

4) Reguladores de velocidad auxiliares asociados al motor relativamente barato.

La variación polar se emplea, primordialmente, donde se desee obtener la versatilidad de dos o cuatro velocidades relativamente constantes que estén ampliamente separadas. Por ejemplo, en taladradoras para perforar materiales de diferente dureza y grosor. Sus mayores inconvenientes son:

Se requiere un motor especial, que posea los devanados necesarios y las terminales llevadas al exterior del estator para intercambio de polos.

No puede conseguirse un control gradual y continuo de la velocidad. Un inconveniente del método de polos consecuentes es que las

velocidades obtenidas están en relación 2:1, y no se pueden conseguir velocidades intermedias mediante los procedimientos de conmutación. Este inconveniente queda superado mediante la utilización de dos devanados independientes, cada cual creando un campo y un número de polos total independientes. Por ejemplo, si hablamos de un motor trifásico de dos devanados, uno de ellos se bobina para cuatro polos, y el otro, para seis polos. De esta forma, el primer devanado producirá una velocidad elevada de 1800 r.p.m., mientras que el segundo, una baja de 1200 r.p.m.

Los inconvenientes de dicho motor en comparación con el de polos subsecuentes son:

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1) Mayor tamaño y peso para la misma potencia de salida (puesto que sólo se emplea un devanado al mismo tiempo).

2) Costo más elevado debido al mayor tamaño de la carcasa.

3) Mayor reactancia de dispersión porque las ranuras necesarias para los dos devanados son más profundas.

4) Regulación más pobre de la velocidad debido a la mayor reactancia de cada devanado.

CONTROL DE LA RESISTENCIA DEL SECUNDARIOLa inserción de una resistencia rotórica suplementaria produce un incremento en el deslizamiento del rotor. Este método presenta las siguientes ventajas:

1) Variación de la velocidad sobre una amplia gama por debajo de la velocidad síncrona del motor.

2) Simplicidad de funcionamiento, tanto desde el punto de vista manual como automático.

3) Costos iniciales y de mantenimiento bajos para los reguladores manuales y automáticos.

Sin embargo, presenta los inconvenientes de:

1) Bajo rendimiento, debido al aumento de las pérdidas de la resistencia del rotor (a grandes valores de deslizamiento, estas pérdidas son casi las totales, ver la figura 5.2.2.1.3)

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2) Pobre regulación de velocidad.

El motor de inducción de rotor bobinado se emplea mucho con control de la resistencia secundaria para cargas de naturaleza intermitente, requiriendo par de arranque elevado y aceleración y desaceleración relativamente rápidas, tales como, grúas de fundiciones, siderúrgicas y donde una elevada corriente de arranque ocasione serias perturbaciones de la línea. Ya que la velocidad y el deslizamiento de un motor de inducción de rotor bobinado son proporcionales a la resistencia del rotor, el método de control de la velocidad mediante la variación de la resistencia secundaria del rotor se denomina a veces control del deslizamiento.

CONTROL DE VOLTAJE EN LÍNEAEl par del motor de inducción bajo condiciones de arranque y de marcha varía con el cuadrado del voltaje aplicado al primario del estator. Para una carga determinada, reduciendo el voltaje de línea se reducirá el par con el cuadrado de la reducción del voltaje de línea, y la reducción del par producirá un incremento del deslizamiento. Aunque reducir el voltaje de línea y el par como método de incrementar el deslizamiento servirá para controlar la velocidad hasta cierto grado en motores monofásicos de fase partida, particularmente, y en motores de inducción pequeños, en general, resulta el método menos satisfactorio de control de la velocidad para motores polifásicos, ya que el par máximo a la mitad del voltaje nominal es un cuarto del mismo a dicha tensión nominal. Por lo tanto, no es

Figura 5.2.2.1.3

Control de velocidad mediante variación de la resistencia del rotor.

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posible obtener el par nominal, ni siquiera la mitad del mismo, porque la velocidad del motor disminuye rápidamente y éste se para antes de que pueda desarrollar el par nominal.Entonces, para que este método funcione, es necesario que el par de carga se reduzca considerablemente a medida que se reducen el voltaje y la velocidad en el estator; por lo que funcionará de forma aceptable en un motor parcialmente cargado.Si una carga tiene una característica par-velocidad como la mostrada en la figura 5.2.2.1.4 la velocidad del motor puede ser controlada en un rango limitado, variando el voltajede línea. Este método de control de velocidad se utiliza a veces para manejar pequeños motores de ventilación.

CONTROL DE LA FRECUENCIA DE LÍNEASi se cambia la frecuencia eléctrica aplicada al estator de un motor de inducción, la velocidad de rotación de sus campos magnéticos n sin C cambiará en proporción directa al cambio de frecuencia eléctrica, y el punto de vacío sobre la curva

Figura 5.2.2.1.4

Control de velocidad por relación del voltaje en línea.

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característica par-velocidad cambiará con ella. La velocidad sincrónica del motor en condiciones nominales se conoce como velocidad base. Utilizando control de frecuencia variable, es posible ajustar la velocidad del motor por encima o por debajo de la velocidad base, tal como se muestra en la figura 5.2.2.1.5; en donde la velocidad base es de 1800 r.p.m.

5.2.2.2. Controles Electrónicos.

El control de velocidad de motores desde hace tiempo dejo de ser exclusivo de motores de corriente directa y se aplicó a motores de corriente alterna. Sin embargo, la aparición de rectificadores controlados ha hecho que adquiera una mayor importancia en motores de corriente alterna; en motores de inducción se ha obtenido mediante el control de voltaje aplicado al estator o variando la resistencia en el rotor cuando es de tipo devanado, ambos procedimientos pueden ser logrados con el rectificador controlado.

APLICACIÓN DEL RECTIFICADOR CONTROLADO A MOTORES DE INDUCCIÓNEl rectificador controlado se puede utilizar para el control del voltaje aplicado a las terminales del mismo, colocándolo en serie con las terminales del estator.

Figura 5.2.2.1.5

Curvas características par-velocidad para todas las frecuencias.

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También puede ser utilizado en las terminales del rotor para controlar la corriente del mismo, este segundo método constituye el propósito de este trabajo.

Operación del rectificador controlado:El funcionamiento del rectificador controlado es esencialmente el de un rectificador en el cual el comienzo de la conducción puede ser controlado mediante una señal de disparo pequeña alimentada a la rejilla. La conducción solo puede detenerse reduciendo la corriente a cero o a un nivel muy bajo. Cuando se utilizan estos dispositivos en corriente alterna, el cese de la conducción se obtiene fácilmente.Existen muchos arreglos que se utilizan para el control de corriente alterna; entre otros están los mostrados en la figura 5.2.2.2.1: en el primero (a) solo hay conducción controlada durante medio ciclo, o sea que este arreglo sirve para la conversión de corriente alterna a directa, el segundo (b) conduce durante ambos medios ciclos pero solo existe conducción controlada durante uno de los medios ciclos y el los últimos dos (c) y (d) el control de la conducción es durante los dos medios ciclos.

Control de resistencia con el rectificador controlado:Existen varios circuitos distintos que pueden utilizarse para el control de resistencia, entre los cuales se pueden considerar como típicos los mostrados en las figuras.

Figura 5.2.2.2.1

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El circuito mostrado en la parte izquierda de la figura 5.2.2.2.2permite el control de la resistencia desde el valor infinito a un valor R, cuando los rectificadores no conducen y cuando conducen todo el tiempo respectivamente. El circuito de la parte derecha de la figura 5.2.2.2.2 permite el control de resistencia en un rango menor, es decir entre R1 y la combinación en paralelo de R1 y R2. Si R2=0, la variación será entre R1 y cero.

Características del voltaje del rotor:Una de las principales características que se encuentran en el rotor lo es el voltaje que se obtiene en terminales del mismo, en primer lugar la magnitud del voltaje y la frecuencia son variables, es decir al aumentar la velocidad, la magnitud del voltaje disminuye y a la vez también disminuye la frecuencia. Esto impone algunas restricciones en cuanto al circuito de disparo.Otra de las características lo es la forma de onda, que no es una senoidal perfecta, sino que cuenta con una pequeña oscilación superpuesta (de mucho mayor frecuencia), debida a las ranuras presentes en el estator y el rotor que hacen que la reluctancia no sea constante al girar el rotor; estas oscilaciones hacen que los circuitos de disparo que dependen de esta forma de onda no produzcan conducción en forma simétrica.

Aplicación de los circuitos controladores de resistencia al rotor de un motor de inducción:Los circuitos mostrados en la figura 5.2.2.2.2 se pueden utilizar en el rotor, juntando tres semejantes para conectarlos en delta o estrella. Como generalmente en el rotor no se tiene disponible un neutro, es mas práctico el circuito delta, ya que en el circuito estrella es necesario que dos rectificadores se encuentren en estado de conducción para que exista circulación de corriente. El circuito formado por tres elementos del tipo mostrado en la figura 5.2.2.2.2 en la parte izquierda tiene la ventaja de que el control de velocidad se logra desde

Figura 5.2.2.2.2

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cero a la máxima permitida por la resistencia R, arreglo bastante conveniente para evitar problemas de arranque del motor. El circuito formado por tres elementos como los mostrados en la figura 5.2.2.2.2 parte derecha hace posible la obtención de una mejor regulación de velocidad, sin embargo, no tiene la ventaja del circuito anterior en cuanto se refiere al arranque del motor. Cuando los circuitos de disparo son alimentados por el voltaje que aparece a través de los rectificadores se obtiene un efecto de autorregulación muy conveniente. Esto se debe a que cuando aumenta la carga del motor la velocidad se reduce y al suceder esto el voltaje del rotor aumenta ocasionando que el disparo ocurra antescon la consiguiente reducción de las resistencia efectivas y la velocidad no disminuye tanto.Circuitos de disparo:Hay una variedad muy grande de circuitos de disparo que se pueden utilizar; la selección de uno de ellos depende del trabajo a desarrollar por el motor en cuestión. Entre los más sencillos, puede citarse los formados por simple resistencias o combinaciones de resistencias y capacitancias como los mostrados en la figura 5.2.2.2.3.

Durante el desarrollo de la experimentación se observó que los rectificadores controlados no disparaban en forma simétrica aun cuando se usaran en una fuente de frecuencia y voltaje constante. Esto se debe a que los rectificadores controlados no tienen características idénticas en las señales necesarias para iniciar la conducción. Para remediar esto en una región de control (por ejemplo el

Figura 5.2.2.2.3

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comienzo de la conducción) se pueden modificar ligeramente los valores de los elementos de los circuitos de disparo. La figura 5.2.2.2.3 (c) muestra el circuito de disparo utilizado durante la mayor parte de la investigación. Este circuito obtenido de un manual de Westinghouse tiene la ventaja de que se controla el disparo de dos rectificadores controlados con un solo potenciómetro.La figura 5.2.2.2.3 muestra los circuitos utilizados en el rotor. En estos no se ha incluido el circuito de disparo, pero el utilizado fue el mostrado en la figura 5.2.2.2.3 (c).

Economía en el uso de rectificadores controlados:El avance en los últimos años de estos dispositivos del tipo semiconductor hacen que este método de control resulte bastante económico debido al bajo precio de gran cantidad de ellos. El mantenimiento es casi nulo y solo debe tenerse precaución de mantener un método adecuado para disipar el calor generado en los rectificadores; esto generalmente se logra con piezas metálicas con aletas para radiar el calor al aire.

6. Motores especiales.

6.1. El motor monofásico de inducción.

Figura 5.2.2.2.4

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La necesidad del motor de inducción monofásico se explica de la siguiente forma: existen muchas instalaciones, tanto industriales como residenciales a las que la compañía eléctrica sólo suministra un servicio de C.A. monofásico. Además, en todo lugar casi siempre hay necesidad de motores pequeños que trabajen con suministro monofásico para impulsar diversos artefactos electrodomésticos tales como máquinas de coser, taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire etc.

La mayoría de los motores monofásicos son “motores pequeños” de “potencia fraccionaria” (menos de 1 hp). Sin embargo, algunos se fabrican en tamaños normales de caballaje integral: 1.5, 2, 3, 5, 7.5 y 10 hp tanto para 115 V como para 230 V en servicio monofásico y aun para servicio de 440 V entre los límites de 7.5 a 10 hp. Los tamaños especiales de caballaje integral van desde varios cientos hasta algunos miles de hp en servicio de locomotoras, con motores de serie monofásicos de C.A.

Los motores monofásicos de inducción experimentan una grave desventaja. Puesto que sólo hay una fase en el devanado del estator, el campo magnético en un motor monofásico de inducción no rota. En su lugar, primero pulsa con gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la misma dirección. Puesto que no hay campo magnético rotacional en el estator, un motor monofásico de inducción no tiene par de arranque. Es por ello que se emplean diversos métodos para iniciar el giro del rotor, y por lo tanto existe una clasificación de los motores monofásicos basada en los métodos particulares de arranque.

6.1.1. Construcción del motor monofásico de inducción.

En cuanto a la construcción del motor monofásico de inducción, hay que señalar que el rotor de cualquier motor monofásico de inducción es intercambiable con algunos polifásicos de jaula de ardilla. No hay conexión física entre el rotor y el estator, y hay un entrehierro uniforme entre ellos.

Debido a que los motores monofásicos de inducción no generan por sí solos par de arranque, se tienen dos devanados: el de marcha o principal; y el auxiliar o de arranque, cuya finalidad es producir el giro del rotor. Tanto el devanado principal como el auxiliar, están distribuidos en ranuras espaciadas uniformemente alrededor del estator; sin embargo, el último se encuentra alojado en ranuras con orientación desplazada 90° en el espacio eléctrico con respecto a las del devanado principal.

Su funcionamiento es el mismo que el de los motores asíncronos de inducción. Dentro de este primer grupo disponemos de los siguientes motores:

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1) De polos auxiliares o también llamados de fase partida.

2) Con capacitor.

3) Con espira en cortocircuito o también llamados de polos partidos.

6.2. Elementos básicos de los motores monofásicos.

Dentro de las características fundamentales de los motores eléctricos, éstos se hallan formados por varios elementos. Sus partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes véase (figura 6.2.2). No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.

Estator

Figura 6.2.1

Partes de un motor con capacitor.

Figura 6.2.2

Partes de otro tipo de motor.

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El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero sí magnéticamente. Existen dos tipos de estatores (ver figura 6.2.3):

Estator de polos salientes.

Estator ranurado.

El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al silicio (y se les llama “paquete”), que tienen la habilidad de permitir que pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos.

Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).Las “revoluciones por minuto” del rotor (RPM) se determinan por la siguiente fórmula:

RPM=F x TPp

F = Frecuencia de la corriente alterna (50Hz)

T = Tiempo en segundos (60 segundos)

Pp = Pares de polo (todo motor tiene un mínimo de un par de polos un norte y un sur)RPM = Revoluciones por minuto.

Rotor

Figura 6.2.3

Tipos de estatores.

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El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos (figura 19):

Rotor Ranurado.

Rotor de Polos Salientes.

Rotor Jaula de Ardilla.

Carcasa

La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor. El material empleado para su fabricación depende del tipo de motor, de su diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa puede ser:

Totalmente cerrada.

Abierta.

A prueba de goteo.

A prueba de explosiones.

Figura 6.2.4

Tipos de rotores.

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De tipo sumergible.

Base

La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecánica de operación del motor, puede ser de dos tipos:

Base frontal.

Base lateral.

Caja de conexiones

Por lo general, en la mayoría de los casos los motores eléctricos cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.

Cojinetes

También conocidos como rodamientos, contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias del motor. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:

A. Cojinetes de deslizamiento o bujes (ver figura 6.2.5):

Operan en base al principio de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.

B. Cojinetes de rodamiento (véase figura 6.2.6):

Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones:

• Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque.• Son compactos en su diseño• Tienen una alta precisión de operación.• No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.

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• Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares.

6.3. Teoría del doble campo giratorio.

Esta teoría establece que un campo magnético estacionario pulsante se puede transformar en dos campos magnéticos rotacionales de igual magnitud pero de direcciones opuestas. El motor de inducción responde a cada uno de los campos magnéticos por separado y el par neto en la máquina será la suma de los pares debidos a cada uno de los dos campos magnéticos.

Un motor de inducción monofásico responde a cada uno de los dos campos magnéticos presentes en él; en consecuencia, el par inducido neto en el motor es la diferencia entre las dos curvas par-velocidad (figura 6.3.1). Nótese que a velocidad cero no hay par neto; por tanto, el motor no tiene par de arranque.

La característica par-velocidad de la figura 6.3.1 no es una descripción muy exacta del par en un motor de inducción monofásico, ya que está formada por la superposición de dos características trifásicas; y además ignora el hecho de que ambos campos magnéticos están presentes simultáneamente en el motor monofásico.

Figura 6.2.5

Cojinete de deslizamiento.

Figura 6.2.6

Cojinete de rodamiento.

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Tanto el campo magnético directo como el inverso están presentes en un motor monofásico y ambos son producidos por la misma corriente. Puesto que la corriente que suministra el campo magnético estatórico inverso está limitada a un pequeño valor y que el campo magnético inverso del rotor está a un ángulo muy grande con respecto al campo magnético inverso del estator, el par debido a los campos inversos es muy pequeño cuando el motor opera cerca de la velocidad sincrónica.

La figura 6.3.2 muestra una característica más exacta par-velocidad; además del par neto medio se producen pulsaciones de par a dos veces la frecuencia estatórica y son causadas cuando los campos magnéticos directo e inverso se entrecruzan, dos veces por ciclo.

Figura 6.3.1

a) Característica torque-velocidad de un motor trifásico.

b) Curvas par-velocidad de los dos campos magnéticos estatóricos iguales y que rotan en direcciones opuestas.

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Estas pulsaciones aumentan la vibración y hacen que los motores monofásicos de inducción sean más ruidosos que los trifásicos del mismo tamaño.

6.4. Teoría de los campos cruzados.

Esta teoría considera el motor de inducción desde un punto de vista totalmente diferente, y se ocupa delas tensiones y corrientes que el campo magnético estacionario del estator puede inducir en las barras del rotor cuando esta se halla en movimiento.

Las tensiones del rotor producen un flujo de corriente en el mismo, pero debido a la alta reactancia del rotor la corriente atrasa a la tensión en cerca de 90°. Como el rotor esta girando casi a la velocidad sincrónica, este retardo de tiempo de 90° en la corriente produce una desviación angular de casi 90° entré el plano de la tensión máxima del rotor y el plano de la corriente máxima.

Figura 6.3.2

Característica torque-velocidad teniendo en cuenta la limitación de corriente sobre el campo magnético rotacional inverso, causada por la presencia del campo magnético rotacional directo.

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El campo magnético del rotor es, por tanto, un poco menor que el campo magnético del estator debido a las perdidas del rotor, pero difieren en casi 90° tanto en espacio como en tiempo.

El estator de este tipo de motores es físicamente el mismo que el de una maquina sincrónica, es decir, un estator típico de dos polos. Pero la construcción del rotor constituye la diferencia fundamental entre un motor de inducción trifásico y un motor de inducción monofásico. No existe conexión física entre el rotor y el estator, ya que se encuentran separadas uniformemente (entrehierro).

Las ranuras del estator están distribuidas uniformemente, y, en general, se utiliza un devanado dividido imbricado de doble capa monofásico. Ya que un devanado monofásico simple no produciría campo magnético giratorio ni par de arranque. Lo que explican las teorías antes mencionadas.

6.5. Arranque de los motores monofásicos de inducción.

Como ya se explicó, un motor de inducción monofásico no tiene un par de arranque intrínseco. Hay tres técnicas que se usan comúnmente para arrancar estos motores, los cuales se clasifican de acuerdo con los métodos utilizados para producir su par de arranque. Estas técnicas de arranque difieren entre sí en costo y en la cantidad de par de arranque producido, un ingeniero por lo regular emplea la técnica menos cara que cumpla con los requerimientos de par de una aplicación dada. Estas tres técnicas de arranque principales son:

Devanados de fase partida.

Devanados tipo capacitor.

Polos de estator sombreados.

6.6. Devanados de fase partida.

Motores de fase partida.

Debemos de entender que los motores monofásicos tienen una sola fase de alimentación, no poseen un campo giratorio sino que tienen un campo magnético

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pulsante, la cual se hace difícil de que exista un torque en el arranque, por lo que necesita de dispositivos extras para iniciar el movimiento de la máquina.

Para el arranque se utilizará un bobinado auxiliar, estos bien posicionados y colocados adecuadamente de tal forma que se creará una fase ficticia y de esta manera hará posible que se cree un campo giratorio para dar par y así pueda dar movimiento. Los motores eléctricos monofásicos de fase partida son una alternativa para el uso doméstico, pues su aplicación se ve en la vida cotidiana, como por ejemplo en una vivienda se tienen los electrodomésticos tales como la licuadora, ventiladores, batidora, extractora, lustradora, aspiradora, etc. Existen una variedad de tipos de motores, conocemos los tipos de motores con jaula de ardilla y estos son ventajosos por su fabricación, robustez, y sobre todo la duración. También se puede comentar sobre la variedad en cuanto a la utilización de estos motores, es decir que existen para diferentes usos, a veces es necesario que dichos motores funciones de manera inversa, dicho de otra manera que el giro sea contrario y que funciones a diferentes tensiones.

6.6.1. Definición de Motor de Fase Partida

La NEMA define el motor de fase partida como motor de inducción monofásico provisto de un arrollamiento auxiliar desplazado magnéticamente respecto al arrollamiento principal y conectado en forma paralela con este ultimo.

Los motores de fase partida constan de las mismas partes principales de los motores de inducción.

Figura 6.6.1.1

Partes del motor de fase partida.

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6.6.2. Funcionamiento del Motor de Fase Partida

Los motores monofásicos de fase partida tienen solo una fase de alimentación, no poseen campo giratorio como en los polifásicos, pero si tienen un campo magnético pulsante, esto impide que se proporcione un torque en el arranque ya que el campo magnético inducido en el rotor está alineado con el campo del estator. Para solucionar el problema del arranque es que se utiliza un bobinado auxiliar que son dimensionados adecuadamente y posicionados de tal forma que se crea una fase ficticia, permitiendo de esta manera la formación de un campo giratorio necesario en la partida.

El arrollamiento auxiliar crea un desequilibrio de fase produciendo el torque y aceleración necesarios para la rotación inicial. Cuando el motor llega a tener una velocidad determinada la fase auxiliar se desconecta de la red a través de una llave que normalmente actúa por una fuerza centrífuga (llave centrífuga), también puede darse el caso que es remplazado por un relé de corriente o una llave externa. Como el bobinado auxiliar es dimensionado solo para el arranque, si no se desconecta se quemará. Se fabrica hasta 1 CV. El ángulo de desfasaje entre las corrientes de los bobinados de trabajo y arranque es reducido, es por ésta razón que éstos motores tienen un torque de arranque igual al nominal o ligeramente superior al nominal limitando su aplicación a cargas mucho más exigentes.

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Para el caso que nos ocupa, el devanado de arranque (DA) tiene menos número de espiras de alambre fino, por lo que su resistencia es elevada y su reactancia resulta reducida. El devanado de marcha (DM), por lo contrario, tiene muchas espiras de alambre mucho más grueso, siendo su resistencia mucho más baja y su reactancia más elevada, es decir, que ante un voltaje referencial, las corrientes que circulan por cada uno de los dos devanados no estarán en fase por las marcadas diferencias en los aspectos constructivos.

Por el devanado de marcha siempre tiende a circular una corriente de mayor magnitud que aquella que circula por el devanado de arranque. Sin embargo, dado el desfase existente entre ambas corrientes y dado el desfase espacial de los dos devanados, al conectar el motor, realmente se generará un campo magnético bifásico que permitirá el desarrollo de un torque de arranque resultante no nulo, que a su vez permitirá que el motor parta del reposo. El sentido de aceleración siempre será el mismo sentido en que gire el campo magnético giratorio producido por ambas corrientes, de tal forma que, este tipo de motor es considerado como no reversible pero sí inversible (requiere desconexión total de la fuente y Acciones conectivas).

Figura 6.6.2.1

Estructura del motor de fase partida.

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Con el fin de poder desconectar el devanado de arranque, después de cumplida su función, se ha ideado un interruptor de acción mecánica (IC), cuyo estado cambia por la acción de la fuerza centrífuga. Al arrancar el motor este IC debe abrirse más o menos cuando el deslizamiento (s) haya alcanzado el valor del 25 %. Naturalmente que el IC permanece cerrado durante el reposo y se abre

Figura 6.6.2.2

Circuito eléctrico de un motor de fase partida,

Figura 6.6.2.3

Diagrama Fasorial de corrientes y tensiones en el MFP.

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después de haber alcanzado un 75 % (s= 0.25) de la velocidad nominal por dos razones, a saber: el torque desarrollado por el campo giratorio en el DM es mayor que el torque desarrollado por ambos devanados a un valor de s del 15 % y por lo tanto, los dos devanados nunca deben permanecer conectados al alcanzar el motor el 85 % de la velocidad nominal, al quedar conectado sólo el DM, la corriente total que durante el arranque es igual a la suma Fasorial de las dos corrientes, se ve reducida a la corriente circulando únicamente por el DM, por lo que, las pérdidas por efecto Joule se verán reducidas. Este IC puede ser sustituido por interruptor de estado sólido (triac) o por un relevador de contactos magnéticos.

Si al arrancar el motor, el IC no se abre, el excesivo calor generado por la alta resistencia del DA hará que la temperatura del estator aumente, pudiendo llegar a quemarse sus devanados. Tal y como ya se afirmó, una vez que el motor acelera y alcanza el 75 % de su velocidad nominal, el IC se abre, de tal forma que la corriente tomada de la red disminuye drásticamente, pudiendo comprobarse el funcionamiento normal del IC hasta con una pinza o gancho de amperímetro.

En otras palabras, el devanado auxiliar logra que uno de los campos magnéticos estatóricos rotacionales opuestos sea mayor que el otro y provee un par de arranque neto para el motor. La capacidad del devanado de arranque se basa sólo en trabajo intermitente. Si el interruptor centrífugo se descompone y no puede abrir, por lo general debido a que se pegan los contactos, el calor excesivo que produce el devanado de arranque, de alta resistencia, aumentará de tal manera la temperatura del estator, que finalmente se quemarán ambos devanados.

Los motores de fase partida de mejor diseño tienen relevadores térmicos interconstruidos, conectados en serie con la terminal de la línea, para desconectar el motor del suministro siempre que la temperatura sea muy elevada.

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Figura 6.6.2.4

a) Relación entre los campos magnéticos principal y auxiliar.

b) IA alcanza su valor máximo antes que IM, produce una rotación neta de los campos magnéticos en sentido contrario de las manecillas del reloj.

c) Característica par-velocidad resultante.

Figura 6.6.2.5

Par de arranque de un MFP.

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6.6.3. Inversión del Sentido de Giro

La inversión del sentido de giro resulta una operación muy sencilla en un motor de fase partida, pues basta para ello permutar la conexión de los terminales del arrollamiento de trabajo o del arrollamiento de arranque.

Figura 6.6.2.6

Esquema de potencia.

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La figura 6.6.3.2 se muestra esquemática mente el mismo motor representado en la figura 6.6.3.1 pero con la conexión de los terminales del arrollamiento de arranque permutada.

La explicación de esto es que el campo magnético del arrollamiento de arranque se genera antes que el del arrollamiento de trabajo. Por consiguiente, todo sucede como si el campo magnético girase desde un polo del arrollamiento de arranque hacia el polo más próximo y de igual signo del arrollamiento de trabajo.

A veces es necesario averiguar el sentido de giro de un motor y debemos reconocer a simple vista arrollamientos:

Figura 6.6.3.1

Disposición correcta de las bobinas del estator.

Figura 6.6.3.2

Conexión del bobinado estatórico para la inversión del sentido de giro.

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El hilo del arrollamiento de trabajo es más grueso que el del arrollamiento de barranque.

Un extremo del arrollamiento de arranque suele estar conectado normalmente al interruptor centrifugo.

El arrollamiento del arranque esta generalmente dispuesto encima del de trabajo.

6.7. Arranque por capacitor.

Estos motores monofásicos de corriente alterna cuyo rango va de fracciones de HP hasta 15 HP, se usan ampliamente con muchas aplicaciones de tipo monofásico tales como accionamiento a maquinas y herramientas como pueden ser taladros, pulidoras, motobombas, etc.

Como medio de mejorar el par relativamente bajo del motor de fase partida se agrega un capacitor al devanado auxiliar para producir una relación casi real de 90° entre las corrientes de los devanados de arranque y de marcha, en lugar de aproximadamente 25° figura 6.7.1(b), elevando el par de arranque a los límites normales del par nominal. La figura 6.7.1(a) muestra el diagrama de conexiones del motor de arranque por capacitor, cuya diferencia implica la adición de un capacitor en el devanado auxiliar. Se puede advertir también a partir de la figura 6.7.2, el mejoramiento del torque de partida debido a la inclusión del capacitor.

Debido a su mayor par de arranque, que es de 3.5 a 4.5 veces el par nominal, y a su reducida corriente de arranque para la misma potencia al instante del arranque, el motor de arranque por capacitor se fabrica hoy en tamaños de caballaje integral hasta de 7.5 hp.

El capacitor se conecta en serie con el devanado de arranque y el switch o interruptor centrífugo.

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Los pares del motor de fase partida van del 1.5 a 2.0 veces el par nominal y nunca son mayores de ¾ hp.

Figura 6.7.1

Motor de arranque por capacitor.

a) Esquemático.b) Desfase de corrientes.

Figura 6.7.2

Característica par-velocidad de un motor de inducción de arranque por capacitor.

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En virtud de su mayor par de arranque, los motores de fase partida y arranque por capacitor se emplean para bombas, compresores, unidades de refrigeración, acondicionadores de aire y lavadoras grandes, en los que se necesita un motor monofásico.

6.8. Operación continúa por capacitor.

Este motor presenta dos devanados iguales (igual resistencia), pero en unos de ellos se conecta un condensador en serie, calculado para que en el punto nominal del motor, las corrientes de los devanados sean los más parecidas posibles y su desfase sea próximo a 90º. De esta forma el campo giratorio es casi perfecto y el motor se comporta a plena carga con un par muy estable y un buen rendimiento (figura 6.8.1).

Figura 6.8.1

Motor monofásico con capacitor de marcha.

a) Esquemático.b) Característica

torque-velocidad.

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6.8.1. Motor con Capacitor de Arranque y de Marcha

El motor de capacitor de marcha tiene un punto débil importante que es su bajo par de arranque. El motor de capacitor de arranque y de marcha, combina las ventajas de funcionamiento casi sin ruido y de control limitado de velocidad del capacitor de marcha con el alto par de arranque del motor de arranque por capacitor. Se emplean dos capacitores durante el periodo de arranque. Uno de ellos, el capacitor electrolítico de arranque, semejante al que se usa para el trabajo intermitente del motor de arranque por capacitor, tiene una capacitancia bastante alta, de 10 a 15 veces el valor del capacitor de marcha y se saca del circuito mediante un interruptor centrífugo al alcanzar el 75% de la velocidad síncrona y con ello produce el par de arranque necesariamente alto (figura 6.8.1.1 b). Entonces el motor continúa acelerando como motor de un capacitor, con el valor óptimo de la capacitancia del dispositivo de aceite para trabajar en la carga nominal o cerca de ésta.

La ventaja principal del motor de capacitor de dos valores es su alto par de arranque, aunado al trabajo poco ruidoso y al buen par de funcionamiento. Se clasifica como motor invertible porque cuando las terminales de la línea de un devanado se invierten, se pone a trabajar en reversa del modo acostumbrado.

Entre las aplicaciones podemos mencionar las unidades domésticas de acondicionamiento de aire, en las que se emplea en el compresor y que trabajan con una corriente de ramal igual a 15 A.

Figura 6.8.1.1

Motor monofásico con capacitor de arranque y marcha.

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6.9. Motor universal.

El motor universal se denomina así por ser el único motor que puede conectarse tanto a corriente alterna como a corriente continua. Cuando el motor universal se conecta a la corriente continua con una carga constante, la velocidad y la potencia aumenta proporcionalmente con el voltaje aplicado.

Cuando el motor universal se conecta a la corriente alterna con carga constante, la velocidad y la potencia aumentan proporcionalmente con el voltaje aplicado a partir de los 3000 r.p.m. (revoluciones por minuto).En el motor universal la velocidad dada para un voltaje en corriente alterna es inferior que la que se obtendría si se aplica el mismo voltaje pero en corriente continua. Por ello hay herramientas, como taladros que para bajar las revoluciones del motor le intercalan un rectificador de media onda.

Los motores universales se construyen para potencias menores a los 0.5 CV (caballos vapor) y velocidades de hasta 3000 r.p.m. y presentan un buen rendimiento.El principio de funcionamiento del motor universal está determinado por el efecto motor que produce un conductor recorrido por una corriente eléctrica y que está sometido a un campo magnético. Por acción magneto motriz existirá un desplazamiento y por ende una rotación.

Características de los motores universales

Funciona con corriente alterna y con corriente directa.

Posee un par de arranque muy elevado.

La velocidad es directamente proporcional a la corriente.

Se utiliza en herramientas manuales, electrodomésticos.

Para invertir el sentido de rotación, se invierte el sentido de la corriente en cualquiera de los bobinados.

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6.10.Motor de polos sombreados.

Todos los motores monofásicos que se describieron anteriormente emplean estatores con entrehierros uniformes con respecto a sus devanados de rotor y estator, que están distribuidos uniformemente por la periferia del estator. Los métodos de arranque se basan en general en el principio de la fase partida de producir un campo magnético rotatorio para iniciar el giro del rotor.

El motor de polos sombreados es, en general, un motor pequeño de potencia fraccionaria que no es mayor de 1/10 hp, aunque se han producido motores hasta de ¼ hp. La gran ventaja de este motor estriba en su extrema simplicidad: un devanado monofásico de rotor, rotor con jaula de ardilla vaciada y piezas polares especiales. No tiene interruptores centrífugos, capacitores, devanados especiales de arranque ni conmutadores. Tiene tan sólo un devanado monofásico pero es inherentemente de arranque propio. La figura 6.10.1(a) muestra la construcción general de un motor de polos sombreados (dos polos salientes).

Figura 6.10.1

Motor de polos sombreados

a) Construcción.b) Características

torque-velocidad.

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Las piezas polares especiales se forman con laminaciones y una bobina de sombreado en cortocircuito, o bien un anillo de cobre macizo de una sola vuelta, alrededor del segmento más pequeño de la pieza polar.

La bobina de sombreado está separada del devanado principal de C.A. y sirve para proveer una división de fase del flujo principal del campo, demorando el cambio de flujo en el segmento menor.

El flujo en el segmento del polo sombreado siempre está en retraso al correspondiente en el segmento principal, tanto en tiempo como en espacio físico, aunque no existe entre ellos una verdadera relación de 90°. El resultado es que se produce un campo magnético rotatorio, suficiente para originar un pequeño desbalanceo en los pares del rotor, tal que el par en el sentido de las manecillas del reloj es mayor que el contrario, o viceversa, y el rotor siempre gira en la dirección del campo rotatorio.

El motor de polos sombreados es robusto, barato, pequeño y necesita de poco mantenimiento. Desafortunadamente tiene bajo par de arranque, baja eficiencia y bajo factor de potencia. Tratándose de un motor pequeño, las últimas dos consideraciones no son serias. Su bajo par de arranque limita su aplicación a motores económicos de tornamesas, proyectores de cine, asadores eléctricos, ventiladores y fuelles pequeños, máquinas expendedoras, tornamesas de exhibición en escaparates, sintonizadores de TV de control remoto y otras cargas relativamente ligeras de servomecanismos.

Figura 6.10.2

Polos sombreados.

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6.11.Motor de pasos.

En nuestros días los motores paso a paso tienen una amplia gama de aplicaciones; esto es debido a que poseen una gran precisión. Esta es la característica que fue determinante en su elección. En el presente capítulo, en el primer apartado, se describe de manera general los principios de funcionamiento de los motores paso a paso.

6.11.1. Funcionamiento de los Motores a Pasos

Los motores a pasos son muy utilizados en la actualidad para el desarrollo de mecanismos que requieren de una alta precisión. Este tipo de motores poseen cualidades especiales por el hecho de poderlos mover desde un paso hasta una secuencia interminable de pasos dependiendo de la cantidad de pulsos que se les aplique. Este paso puede ir desde pequeños movimientos de 1.8° hasta de 90°. Es por eso que este tipo de motores son muy utilizados, ya que pueden moverse a deseo del usuario según la secuencia que se les indique a través de un microcontrolador.

Estos motores poseen la habilidad de quedar enclavados en una posición si una o más de sus bobinas está energizada o bien totalmente libres si no existe corriente alguna circulando por sus éstas. Básicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator.

Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador.

Existen dos tipos de motores paso a paso de imán permanente que son los más utilizados en robótica: unipolares y bipolares.

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Unipolares

Estos motores suelen tener 6 ó 5 cables de salida dependiendo de su conexionado interno, que suelen ser comúnmente 4 cables por los cuales se reciben los pulsos que indican al motor la secuencia y duración de los pasos y los restantes sirven como alimentación al motor.

Secuencias para manejar motores paso a paso unipolares

Existen tres secuencias posibles para este tipo de motores, las cuales se detallan a continuación. Todas las secuencias comienzan nuevamente por el paso 1 una vez alcanzado el paso final (4 u 8). Para revertir el sentido de giro, simplemente se deben ejecutar las secuencias en modo inverso.

Secuencia Normal

Con esta secuencia el motor avanza un paso por vez y debido a que siempre hay al menos dos bobinas activadas, se obtiene un alto torque de paso y de retención. En la tabla 1 se muestran los valores de voltaje que deben suministrarse al motor para la realización de los pasos:

Secuencia del Tipo Wave Drive

En esta secuencia se activa solo una bobina a la vez. En algunos motores esto brinda un funcionamiento más suave, pero por otro lado al estar solo una bobina

Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D1 +V +V -V -V2 -V +V +V -V3 -V -V +V +V4 +V -V -V +V

Figura 6.11.1.1

Motor a pasos.

Tabla 1) Secuencia normal de pasos para motores unipolares.

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activada, el torque de paso y retención es menor. En la tabla 2 se muestran los valores que deben suministrarse al motor:

6.12.Servomotores.

Un Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. Con tal de que una señal codificada exista en la línea de entrada, el servo mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la señala codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el movimiento de palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan en radio control, títeres, y por supuesto, en robots.

Los Servos son sumamente útiles en robótica. Los motores son pequeños, cuando usted observa la figura 6.12.1 de arriba, tiene internamente una circuitería de

Paso Bobina A Bobina B Bobina C Bobina D1 +V -V -V -V2 -V +V -V -V3 -V -V +V -V4 -V -V -V +V

Tabla 2) Secuencia de tipo wave drive de pasos para motores unipolares.

Figura 6.12.1

Servomotor y componentes interno.

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control interna y es sumamente poderoso para su tamaño. Un servo normal o Standard como el HS-300 de Hitec tiene 42 onzas por pulgada o mejor 3kg por cm. De torque que es bastante fuerte para su tamaño. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, no consume mucha energía. Se muestra la composición interna de un servo motor en el cuadro de abajo. Podrá observar la circuitería de control, el motor, un juego de piñones, y la caja. También puede ver los 3 alambres de conexión externa. Uno es para alimentación Vcc (+5volts), conexión a tierra GND y el alambre blanco es el alambre de control.

Control del servomotor

Los servomotores hacen uso de la modulación por ancho de pulsos (PWM) para controlar la dirección o posición de los motores de corriente continua. La mayoría trabaja en la frecuencia de los cincuenta hercios, así las señales PWM tendrán un periodo de veinte milisegundos. La electrónica dentro del servomotor responderá al ancho de la señal modulada. Si los circuitos dentro del servomotor reciben una señal de entre 0,5 a 1,4 milisegundos, este se moverá en sentido horario; entre 1,6 a 2 milisegundos moverá el servomotor en sentido antihorario; 1,5 milisegundos representa un estado neutro para los servomotores estándares.

A continuación se exponen ejemplos de cada caso:

Figura 6.12.2

Servomotor deshuesado.

Figura 6.12.3

Señal de ancho de pulso modulado.

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6.13.Motores lineales.

El principio de funcionamiento del motor lineal permite obtener una forma de conversión de la energía cuyas ventajas se imponen en forma determinante en todos los sectores en donde están en juego fuerzas para traslación; el motor lineal provee por sí mismo un esfuerzo de propulsión sin ningún medio de transmisión

Figura 6.12.4

Motor en sentido horario (ejemplo 0,7 ms).

Figura 6.12.5

Motor neutral (1,5 ms).

Figura 6.12.6

Motor en sentido antihorario (ejemplo 1,8ms).

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mecánica y con solamente el vínculo electromagnético entre las partes fijas y móviles. De esta forma se elimina el recurso clásico de transformar el movimiento de rotación del motor convencional en un movimiento lineal eliminando los conocidos problemas de los sistemas de transmisión y de adherencia en las ruedas motrices. El principal inconveniente radica en el hecho de que es más difícil mantener las distancias entre inductor e inducido que en los motores rotantes, y vale la plena recordar que el entrehierro es lo que demanda la mayor intensidad de campo para lograr la inducción necesaria. Los motores lineales tienen por lo general mayor tamaño y menor rendimiento que los motores rotantes de igual potencia.

Es fácil deducir que a pesar de su costo todavía demasiado elevado, estos tipos de motores permiten resolver diversos problemas ya sea en el campo del transporte como en de las máquinas herramientas.

6.13.1. Tipos de motores lineales.

La analogía que existe entre los motores rotantes y los motores lineales conduce obviamente a concebir las mismas familias de motores las cuales son:

Los motores de corriente continua Los motores sincrónico Los motores asincrónicos

La dificultad causada por los contactos rozantes, conducen a preferir en la mayoría de los casos el motor lineal del tipo asincrónico.

6.14.Aplicación de los motores especiales.

Como hemos observado a lo largo de este documento Los Motores Especiales tienen una gran y amplia gama de aplicaciones desde la industria hasta nuestro hogar.

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Los motores de inducción por ejemplo los de jaula de ardilla son muy comunes en los ventiladores domésticos, las lavadoras y en la maquinas-herramientas como taladros entre otros.

Los motores jaula de ardilla de igual manera los encontramos por lo general en las licuadoras sin embargo no son la única aplicación que estos tienen.

También en la mayoría de ventiladores encontramos motores con capacitor de arranque y con capacitor permanente.

Como lo mencionamos anteriormente los servomotores tienen mucha utilidad en la robótica así como en la industria de la juguetería; es casual abrir un juguete electromecánico y encontrar servomotores.

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PRACTICAS

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Prácticas

1. Mesa de trabajo

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2. Puesta en marcha de un motor de corriente continua.

Objetivo: Observar que la corriente de arranque es de acuerdo a la especificada por el fabricante y conocer la tolerancia del motor de corriente continua.

Materiales y equipo:

Reóstato de campo de 0-510Ω (ohms). Reóstato de arranque, tipo volante de 0-10Ω (ohms). Motor de corriente continua, tipo ULE100M. Cables caimán – caimán. Cables caimán – banana. Voltímetro. Amperímetro.

Desarrollo:

1. Se realizó la conexión del circuito con ayuda de los siguientes diagramas:

Diagrama unifilar

Nota: no se conectaron los aparatos de medición. Fueron conectados después de verificar que la puesta en marcha del motor de corriente continua se realizó con éxito.

2. Se conectaron los aparatos de medición para verificar que los datos proporcionados por el fabricante coincidían con nuestras mediciones.

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Nota: Los aparatos de medición se colocan de manera horizontal sobre la mesa de trabajo, esto debido a que el fabricante así lo específica para no cometer errores de medición.

3. Se realizaron las mediciones de la corriente de arranque, corriente de excitación, numero de revoluciones al arranque así como nuestro voltaje de línea y obtuvimos los siguientes resultados:

Voltaje de línea: 240V. Corriente de arranque: 22 Amp. Corriente de excitación: 1.2 Amp. (0.97 Amp. Según el fabricante). No. revoluciones: 2360 RPM. (Las cuales se estabilizaron a 1880RPM).

La escala de los instrumentos de medición fueron:

Voltaje de línea: 0-300V. Corriente de arranque: 0-60 Amp. Corriente de excitación: 0-5 Amp.

Nota: Los instrumentos de bobina móvil miden únicamente C.C y nunca C.A. Los instrumentos de hierro móvil miden C.A y C.C sin importar polaridad.

4. Para conocer la tolerancia en nuestro motor se redujo la resistencia en el reóstato de arranque, tipo volante y las revoluciones del motor aumentaron. De igual manera al reducir la resistencia en el reóstato de campo pudimos observar que la medición en el amperímetro variaba. Obtuvimos los siguientes valores máximos:

2949 RPM siendo nuestro mayor rango. La corriente de excitación cambio de 1.2 Amp. a 1 (0.97 Amp. según el

fabricante).

Nota: La corriente de arranque se mantiene a diferencia de la de campo (excitación) que varía según la resistencia.

5. Por último procedimos a cambiar de sentido el giro del rotor del motor de corriente continua, para esto se invirtió la polaridad en las terminales de alimentación de 220 V. pero al realizar el cambio, nos percatamos que el rotor seguía girando en el mismo sentido (sentido horario dado por el fabricante). Después se nos notificó que el motor había sido reparado con anterioridad y fue alterado de tal manera que solo gira en sentido horario.

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3. Puesta en marcha de un motor de corriente continua y medición de parámetros establecidos por el fabricante.

Objetivo: Observar que la corriente de arranque es de acuerdo a la especificada por el fabricante y conocer la tolerancia del motor de corriente continua.

Materiales y equipo:

Reóstato de campo de 0-510Ω (ohms). Reóstato de arranque, tipo volante de 0-10Ω (ohms). Motor de corriente continua, tipo ULE100M. Cables caimán – caimán. Cables caimán – banana. Voltímetro. Amperímetro.

Desarrollo:

1. Se realizó la conexión del circuito con ayuda de los siguientes diagramas:

Diagrama unifilar

Nota: no se conectaron los aparatos de medición. Fueron conectados después de verificar que la puesta en marcha del motor de corriente continua se realizó con éxito.

2. Se conectaron los aparatos de medición para verificar que los datos proporcionados por el fabricante coincidían con nuestras mediciones.

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Nota: Los aparatos de medición se colocan de manera horizontal sobre la mesa de trabajo, esto debido a que el fabricante así lo específica para no cometer errores de medición.

3. Se realizaron las mediciones de la corriente de arranque, corriente de excitación, numero de revoluciones al arranque así como nuestro voltaje de línea y obtuvimos los siguientes resultados:

Voltaje de línea: 240V. Corriente de arranque: 22 Amp. Corriente de excitación: 1.2 Amp. (0.97 Amp. Según el fabricante). No. revoluciones: 2360 RPM. (Las cuales se estabilizaron a 1880RPM).

La escala de los instrumentos de medición fueron:

Voltaje de línea: 0-300V. Corriente de arranque: 0-60 Amp. Corriente de excitación: 0-5 Amp.

Nota: Los instrumentos de bobina móvil miden únicamente C.C y nunca C.A. Los instrumentos de hierro móvil miden C.A y C.C sin importar polaridad.

4. Para conocer la tolerancia en nuestro motor se redujo la resistencia en el reóstato de arranque, tipo volante y las revoluciones del motor aumentaron. De igual manera al reducir la resistencia en el reóstato de campo pudimos observar que la medición en el amperímetro variaba. Obtuvimos los siguientes valores máximos:

2949 RPM siendo nuestro mayor rango. La corriente de excitación cambio de 1.2 Amp. a 1 (0.97 Amp. según el

fabricante).

Nota: La corriente de arranque se mantiene a diferencia de la de campo (excitación) que varía según la resistencia.

5. Por último procedimos a cambiar de sentido el giro del rotor del motor de corriente continua, para esto se invirtió la polaridad en las terminales de alimentación de 220 V. pero al realizar el cambio, nos percatamos que el rotor seguía girando en el mismo sentido (sentido horario dado por el fabricante). Después se nos notificó que el motor había sido reparado con anterioridad y fue alterado de tal manera que solo gira en sentido horario.

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4. Acoplamiento de un motor-generador de corriente continua.

Objetivo: El estudiante aplicará la Leyes de OHM y de KIRCHHOFF para determinar las corrientes y las caídas de tensión en el circuito de un motor de corriente directa y aprenderá a realizar el acoplamiento del motor con el generador.

Materiales y equipo

Motor de C. D. compound. Reóstato de campo. Reóstato de arranque. Cables caimán – caimán. Cables caimán – banana. Voltímetro de C. D. 0 - 300 V. Amperímetro de C. D. 0 – 5 A. Amperímetro de C. D. 0 – 60 A. Tacómetro 1000 - 4000 RPM. Puente de Wheatstone.

Introducción

En los motores eléctricos trifásicos con rotor Jaula de Ardilla podemos encontrar las conexiones. Los fabricantes efectúan combinaciones de estas conexiones para que los motores puedan funcionar con las dos tensiones de servicio a las cuales fueron diseñados.

La conexión estrella

La conexión estrella o “Y” lleva tres fuentes de voltaje a un punto común. En algunos casos, se conecta un cuarto cable de neutro al mismo punto para aliviar problemas si una de las fuentes de voltaje falla y queda desconectada.

Fig. 4.1 Representación de la conexión estrella

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La conexión delta

La conexión delta se llama así debido a su parecido con el signo griego “delta”, que parece un triángulo. En tal configuración cada lado del triángulo contiene una fuente de voltaje y no existe una conexión de un punto común. Debido a esta configuración, no existe la necesidad de un cable neutro, ya que una de las fuentes podría fallar quedando desconectada sin afectar la corriente o voltaje en el sistema.

Fig. 4.2 Representación de la conexión delta.

Ventajas de la conexión Estrella sobre Delta

Mientras que la conexión estrella es ciertamente susceptible a fallar y quedar desconectada, también permite que circule una pequeña corriente a través del cable. Por lo tanto, se necesita un calibre menor del cable. Esto puede no parecer una gran consideración, pero cuando se utilizan miles de pies de cable, aún una ligera diferencia en el espesor del cable puede traducirse en cientos de libras de cobre.

Ventajas de la conexión Delta sobre Estrella

Como fue indicado, la ventaja primaria de la conexión delta es la habilidad de no afectar significativamente al sistema aún si una de las fuentes falla y queda desconectada o es apagada. Por esta razón, las configuraciones delta son consideradas más confiables aunque son generadas corrientes de línea de mayor intensidad.

Fig. 4.3 Conexión de Motores.Simbología de la

conexiónDescripción de la

conexiónObservaciones

Y ESTRELLA Generalmente usada en motores NEMA para la tensión más alta y en potencias hasta 20HP. Usada en motores IEC para la

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Y Y ESTRELLA DOBLE O ESTRELLA PARALELA

Generalmente usada en motores NEMA para la menor tensión y potencias hasta 20 HP y en motores IEC para la menor tensión y en

∆ DELTA En motores IEC usada para la menor tensión en cualquier potencia para motores NEMA usada para la mayor tensión y en potencias mayores

∆ ∆ DELTA DOBLE O DELTA PARALELA

En motores IEC usada para la tensión menor y potencias mayores que 9 HP y en motores NEMA para la menor tensión y potencias

Desarrollo:1. Primero se leyó y se aclaró los puntos que se encuentran en la placa del generador o alternador que están a continuación:

Fig. 4.4 Motor-alternador.

Placa del alternador:Alternador trifásico tipo ULE401A.

Potencial 9KVA en servicio continuo.Frecuencia 60 Hz.

Velocidad de rotación 1800 giros/min. Tensión en los terminales 220/380 V.

Corriente de salida a la poten. nom.237/137 A. Tensión de excitación a la poten. nom. 180 V. Corriente de excitación a la poten. nom 182 A.

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2. Una vez leídos y aclarados los puntos anteriores, se prosiguió a conectar el circuito (Fig. 4.5 y 4.6) en la mesa de trabajo, utilizando el equipo del laboratorio. Se utilizó una fuente de corriente directa de 220V (es decir, la fuente No. 2).Se conectó el reóstato de arranque con tipo volante (0 - 10 omhs) a su máxima resistencia, el reóstato de campo tipo cursor se conectó en serie y se verificó este en la mínima resistencia (este es para campo serie y derivado, es decir paralelo).En el caso del reóstato de arranque se tiene que:

a. Para máxima resistencia el giro del volante es horario.b. Para mínima resistencia el giro del volante es antihorario.

3. Una vez que el circuito estuvo terminada, proseguimos a revisarlo unas dos o tres veces para asegurarnos de que todo estaba en orden.4. Después se encendió la fuente de alimentación a 220V, se energizó el circuito del motor accionando el interruptor de la fuente de alimentación y lo mismo hicimos en la en la mesa de trabajo. Una vez que el circuito estuvo correcto, el motor arranco, esta vez lo acoplamos al generador y ambos estuvieron girando a la misma velocidad.5. Detuvimos el motor y el generador para realizar la conexión Delta en la mesa de trabajo, en la parte superior (Fig. 4.7). Una vez realizada la conexión se volvió a poner en marcha el motor – generador y con un tacómetro de mano acoplado a la flecha del dicho motor se midieron las revoluciones del motor, hasta llegar al aproximado de los 1800 giros/min que se leyó en la placa del motor, para esto se utilizó el reóstato de campo para regular la corriente. Al quitar resistencia, fluye más amperaje lo que genera mayor velocidad.

Fig. 4.7 Conexión Delta en la mesa de trabajo.

Cuando se llegó a la velocidad deseada, con un multímetro se midió el voltaje de salida de la conexión Delta:

a. Voltaje de la conexión Delta: 0.24 V.6. Otra vez detuvimos el motor y el generador para realizar la conexión Estrella en la mesa de trabajo, en la parte superior (Fig. 4.8). Una vez realizada la conexión se volvió a poner en marcha el motor – generador y

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con el tacómetro se llegó a la misma velocidad de 1800 RPM.

Fig. 4.8 Conexión Estrella en la mesa de trabajo.Cuando se llegó a la velocidad deseada, con un multímetro se midió el voltaje de salida de la conexión Estrella:

a. Voltaje de la conexión Estrella: 0.17 V.

Nota: Es importante hacer la próxima conexión cuando el motor se haya detenido completamente, porque de lo contrario todavía hay voltaje remanente que podría causar algún daño.

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5. Mantenimiento a un motor monofásico de inducción de ¾ H.P.

Índice

Introducción..........................................................................................CXLI

1. Materiales a usar...........................................................................................162

2. Teoría básica.................................................................................................162

2.1.Términos técnicos de embobinado..........................................................163

3. Primer motor monofásico de inducción de ¼ H.P..........................................164

3.1.Placa de datos del motor de inducción ...................................................1643.2.Constitución interna del motor de inducción...........................................1643.3.Desarrollo del mantenimiento al motor monofásico de inducción............165

4. Segundo motor monofásico de inducción ¾ H.P.....................................167

4.1.Placa de datos del motor de inducción....................................................1674.2.Constitución interna del motor de inducción............................................1684.3.Desarrollo del mantenimiento al motor monofásico de inducción............169

4.3.1. Estado del motor de inducción antes del mantenimiento ...........1694.3.2. Deshuesado del motor monofásico de inducción........................1694.3.3. Limpieza y lijado del motor monofásico de inducción.................1704.3.4. Proceso de embobinado del motor monofásico de inducción.....172

4.4.Resultado final del mantenimiento al motor monofásico de inducción....172

5. Conclusión.....................................................................................................174

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CLXI

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I. Introducción

En la siguiente práctica aplicamos todos los conocimientos adquiridos a lo largo

del semestre por nuestro docente M.C. Vicente González Arregui. Ya que nos

mostró toda la teoría básica acerca de los motores, a parte de los cálculos

necesarios para saber por qué el motor está constituido de cierta forma.

En el semestre afortunadamente pudimos realizar otras 4 prácticas más con un

motor de corriente directa, lo que nos sirvió de base en la realización de esta

última, donde la familiarización de la instrumentación de trabajo como del área de

trabajo son fundamentales para un buen desarrollo de la práctica.

Todo esto junto con las prevenciones necesarias que el docente nos sugirió para

poder llevar a cabo este último proyecto se ven reflejadas en este reporte, cuyo fin

es resumir el trabajo hecho para futuras referencias de trabajo dentro de nuestra

carrera, dónde el control de este tipo de “maquinas eléctricas” es necesario para

operar los diversos procesos de desarrollo.

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1. Materiales a usar.

CANTIDAD DESCRIPCIÓN2 Motor de inducción, monofásico de corriente alterna.

800 gramos Alambre ferromagnético, calibre 17.500 gramos Alambre ferromagnético, calibre 22.

1 Herramientas de trabajo (desarmadores, martillo, etc.)1 Lija

1/2 litro Gasolina1 Voltímetro

2. Teoría básica.

Cada fase del devanado trifásico está formada por varias espiras formando bobinas, conectadas de forma que se sumen las fuerzas electromotrices engendradas en los conductores. El bobinado de cada fase es de tipo tambor y abierto (con un principio y un final). Las fases deben ser idénticas y desfasadas entre sí, basándose en el ángulo característico del sistema (120° eléctricos en el devanado trifásico).

Las bobinas del devanado forman grupos que pueden ser según su forma:

Concéntricos. IMBRICADOS. ONDULADOS.

SEGÚN LA MANERA DE CONEXIÓN DE LOS GRUPOS DE BOBINA DE UNA MISMA FASE, EL DEVANADO PUEDE SER CONECTADO:

POR POLOS. POR POLOS CONSECUENTES.

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2.1.Términos técnicos de embobinado.

BOBINA: RECIBE EL NOMBRE DE BOBINA CADA UNO DE LOS CONJUNTOS COMPACTOS DE ESPIRAS QUE UNIDOS ENTRE SÍ FORMAN EL BOBINADO INDUCIDO DE LA MÁQUINA. VAN ALOJADAS EN LAS RANURAS DE LA ARMADURA. ESTÁN COMPUERTAS DE LADOS ACTIVOS Y CABEZAS.

PASO POLAR: EL PASO POLAR, ES LA DISTANCIA ENTRE DOS POLOS CONSECUTIVOS (ES EL NÚMERO DE RANURAS QUE CORRESPONDEN A CADA POLO). PUEDE SER EXPRESADO EN CENTÍMETROS O POR EL NÚMERO DE RANURAS.

PASO DE BOBINA: ES LA DISTANCIA QUE HAY ENTRE LOS DOS LADOS DE UNA. SE PUEDE MEDIR EN FRACCIONES DEL PASO POLAR, EN RADIANES ELÉCTRICOS O GEOMÉTRICOS, PERO NORMALMENTE SE MIDE CONTANDO EL NÚMERO DE RANURAS QUE HAY ENTRE LOS DOS LADOS DE LA BOBINA (AL PASO DE BOBINA MEDIDO EN NÚMERO DE RANURAS SE LE DESIGNARA.

PASO DIAMETRAL: UNA BOBINA SE DENOMINA DE PASO DIAMETRAL, SI SU PASO ES IGUAL AL PASO POLAR.

PASO ACORTADO: UNA BOBINA SE DENOMINA DE PASO ACORTADO, SI SU PASO ES INFERIOR AL PASO POLAR

PASO ALARGADO: UNA BOBINA ES DE PASO ALARGADO, SI SU PASO ES SUPERIOR AL PASO POLAR.

DEVANADOS ABIERTOS: ESTÁN FORMADOS POR UNA O VARIAS FASES, CADA UNA DE LAS CUALES TIENE UN PRINCIPIO Y UN FINAL. ESTOS DEVANADOS SE USAN EN LAS MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA.

DEVANADO DE UNA CAPA O SIMPLE CAPA: EN ESTE DEVANADO, CADA RANURA SOLO POSEE UN LADO ACTIVO DE UNA BOBINA. ACTUALMENTE SOLO SE UTILIZAN ESTOS DEVANADOS EN MÁQUINAS DE C.A.

DEVANADO DE DOS CAPAS O DOBLE CAPA: EN LOS DEVANADOS DE DOBLE CAPA, EN CADA RANURA HAY DOS LADOS ACTIVOS CORRESPONDIENTES A DOS BOBINAS DISTINTAS, COLOCADOS UNO ENCIMA DEL OTRO FORMANDO DOS CAPAS DE CONDUCTORES ENTRE LAS CUALES SE COLOCA UN AISLANTE. ESTOS DEVANADOS SON ABIERTOS.

BOBINADO POR POLOS: UN BOBINADO ES POR POLOS CUANDO EL FINAL DE UN GRUPO DE BOBINAS ESTÁ CONECTADO CON EL FINAL DEL SIGUIENTE, Y EL PRINCIPIO DE UN GRUPO CON EL PRINCIPIO DEL SIGUIENTE, DEJANDO SIN

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CONECTAR EL PRINCIPIO DEL PRIMER GRUPO Y EL PRINCIPIO DEL ÚLTIMO, QUE SERÁN EL PRINCIPIO Y EL FINAL, RESPECTIVAMENTE DE LA FASE.

3. Primer motor monofásico de inducción de ¼ H.P.

3.1.Placa

de

datos

del

motor

de

inducción.

3.2.Constitución interna del motor de inducción.

Ranuras: 30.

(Figura 3.1.1) Placa de datos del motor de inducción.

Tabla de datos del motor 3.1 Motor monofásico de inducción de C.A. (figura 3.1.1)

NOM-I Power Electric®RPM 3450 CP ¼

VOLTAJE 127V A 6.5HERTZ 60 INC. TEMP. °C 50

FS 1.4 ABS 6.8MOD CPN-1426-BF-RB3 SERIE F90ARM 56 FASE 1TRAB CONT

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Bobinas: 18.

Bobinas por grupo: 4.

Polos: Arranque.

Trabajo.

Grupos: De arranque: 2 grupos.

De trabajo: 2 grupos.

Paso: De arranque: 9-11-13-15

De trabajo: 7-9-11-13-15

Calibre y peso del alambre: Arranque: No. 21, 500 gr.

Trabajo: No. 19, 1 kg.

Vueltas: Arranque:

Paso 9 11 13 15Vuelta 22 27 30 37

Trabajo:

Paso 7 9 11 13 15Vuelta 29 30 38 39 43

3.3.Desarrollo del mantenimiento al motor monofásico de inducción.

Al inicio de la práctica se consiguió un motor (figura 3.3.1) con las características antes mencionadas, el cuál presentó unos inconvenientes al

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momento de querer desarrollar la práctica, ya que el motor no servía, llegamos a la conclusión junto con el docente que tenía tres problemas fundamentales:

No había continuidad en el capacitor.

El núcleo estaba totalmente deteriorado por la corrosión y hubo corto

circuito en las bobinas.

El impulsor de la bomba estaba en mal estado.

Sin embargo, esto nos sirvió de experiencia más que nada ya que sirvió de ejemplo a nuestra clase para visualizar el des embobinado y el procedimiento con sus debidas precauciones, de la misma manera, aprendimos como averiguar si un motor es funcional en razón de su composición actual, si este se puede arreglar o no, y en dado caso de que se pueda arreglar, saber si es conveniente ya que el costo algunas veces tiende a ser igual o mayor que adquirir un motor completamente nuevo y funcional.

(Figura 3.3.1) Motor monofásico de inducción

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4. Segundo motor monofásico de inducción ¾ H.P.4.1.Placa de datos del motor de inducción.

Motor monofásico de inducción de corriente alterna abierto (Figura 4.1.1).

Power Electric®

Uso: Lavadora con protección termina automática.

RPM 1725 CP ¼

Voltaje 120V Amp. 5.2

Hertz 60 Servicio Continuo

FS 1.4 Watts 97

Mod. FD-1446-MBES-W07 Serie 95

Arm. MAX Fase 1

Conexión Monofásica Potencia 0.75 H.P.

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4.2.Constitución interna del motor de inducción.

Ranuras: 36.

Polos: Arranque: 2.

Trabajo: 2.

Grupos: Arranque: 2 grupos.

Trabajo: 2 grupos.

Bobinas por grupo: Arranque: 2 bobinas.

Trabajo: 2 bobinas.

Paso: Arranque: 1-6-8-10.

Trabajo: 1-5-7-9.

Calibre y peso del alambre: Arranque: No. 21, 500 gr.

Trabajo: No. 19, 1 kg.

Vueltas: Arranque:

(Figura 4.1.1) Placa de datos del motor de inducción.

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Paso 9 11 13 15Vuelta 22 27 30 37

Trabajo:

Paso 7 9 11 13 15Vuelta 29 30 38 39 43

4.3.Desarrollo del mantenimiento al motor monofásico de inducción.

4.3.1. Estado del motor de inducción antes del mantenimiento.

A pesar de que no estaba tan deteriorado como el motor anterior, es cierto que en este encontramos ciertos inconvenientes que mencionaremos a continuación por efecto de práctica:• El platino no funcionaba. • El núcleo estaba un poco desgastado por la corrosión. • El aislamiento de las bobinas se deterioró y causo un corto circuito.

4.3.2. Deshuesado del motor monofásico de inducción.

Como todo, fue necesario realizar el deshuesado del “aparato”, o en este caso máquina eléctrica (figura 4.3.2.1, figura 4.3.2.2, figura 4.3.2.3) para poder realizar las operaciones necesarias sin problema alguno, en caso contrario se podría maltratar los componentes internos del motor o en el peor de los casos, dejar el motor completamente inservible.

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4.3.3. Limpieza y lijado del motor monofásico de inducción.

Se procedió a realizar la debida limpieza del equipo a modificar, a parte del lijado, (figura 4.3.3.1, figura 4.3.3.2) proceso muy importante ya que ayuda a

Figura 4.3.2.1Deshuesado de motor de inducción (estator).

Figura 4.3.2.2Deshuesado de motor de inducción (tapas).

Figura 4.3.2.3Deshuesado de motor de inducción (rotor).

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conservar por más tiempo nuestro motor, a si su vida útil tenderá a ser más largo y evitará futuros problemas.

Figura 4.3.3.1Lijado de las tapas del motor de inducción.

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4.3.4. Proceso de embobinado del motor monofásico de inducción.

Este proceso es el más importante y tedioso, y aunque a primera vista parece fácil hay unos puntos a tomar en cuenta antes de iniciar el proceso, como el número de vueltas, la cantidad de cobre que va en cada parte de la bobina, lo cual se pudo saber fácilmente gracias a la asesoría del profesor.Ya una vez seguros de todo lo que necesitábamos saber se procedió a quitar el embobinado y a crear los nuevos moldes para el motor (figura 4.3.4.1, figura 4.3.4.2).

Figura 4.3.3.2Lijado del estator del motor de inducción.

Figura 4.3.4.1Creación de molde para embobinado de un motor de inducción.

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4.4.Resultado final del mantenimiento al motor monofásico de inducción.

Después de terminar el proceso de embobinado, se amarraron las bobinas, se les colocó dieléctrico, se pinta el estator y núcleo con anticorrosivo (figura 4.4.1) para un mejor fijado y presentación. Después se engrasaron las partes del rotor y se cambiaron los baleros para proseguir con la puesta en marcha del motor de inducción.

Nota: Se comprobó después de la puesta en marcha del motor que la flecha

estaba desviada, por lo que el mantenimiento al motor monofásico de inducción no

fue completada.

Figura 4.3.4.2Embobinado de motor de inducción.

Figura 4.4.1Amarrado de bobinas y pintado de núcleo.

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5. Conclusión.

Este proyecto englobó todos los temas vistos en clases durante el semestre,

por lo que fue un buen catalizador para poder poner en práctica todo el

conocimiento teórico y crear todo este proceso práctico, comprobar que todo lo

dicho tiene un fundamento, aunque nos encontramos con algunos

inconvenientes en el proceso, dado que el primer motor que fue elegido estaba

tan deteriorado que no se pudo efectuar el mantenimiento, puesto que,

hablando en términos económicos, el costo del mantenimiento se acercaba al

costo de un motor nuevo de mayor capacidad. Por esto, optamos por un

segundo motor al cual darle mantenimiento.

Además, como mecatrónicos, los motores son parte importante de los

procesos de control, poder manejarlos e identificar sus partes por completos

nos da cierta versatilidad dentro de nuestro campo, ya que son conocimientos

de mecánica que nos dará más margen de conocimiento y competencias tanto

dentro del área escolar como en el laboral en un futuro.

Otro punto muy importante en la que nos vimos envuelto todos es el trabajo en

equipo, ya que creamos un espacio armónico de convivencia e intercambio de

ideas y opiniones para poder colaborar entre todos y poder sacar este proyecto

adelante, y terminarlo, obviamente satisfactoriamente; es necesario recalcar

esto ya que el trabajo en equipo es de las cosas más importantes en el área

laboral, y es bueno poder desarrollar este tipo de experiencias en materias tan

prácticas como “máquinas eléctricas”.

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TAREAS EXTRA CLASE

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1. Asignación de clave a las asignaturas de especialidad.

La clave de una asignatura para la especialidad estará formada por 7 siglas separadas por guiones intermedios, tal como se muestra:

La clave se forma de la siguiente manera:1) La primera y segunda sigla corresponden a las dos primeras letras

representativas del nombre de la especialidad.2) La tercera sigla define la carga horaria de cada asignatura, integrándose con la

suma de horas teóricas más horas prácticas, es decir, se seleccionará la letra correspondiente a la carga horaria de la asignatura.

Sigla Horario Sigla

Horario Sigla

Horario Sigla

Horario

HT HP HT HP HT HP HT HPA 0 4 H 1 3 O 0 3 V 0 5B 1 4 I 4 0 P 3 0 W 2 0C 2 2 J 4 2 Q 1 2 X 1 5D 2 3 K 0 2 R 2 1 YE 3 1 L 4 1 S 5 0 ZF 3 2 M 2 4 T 2 6G 3 3 N 0 6 U 5 1

3) La cuarta y quinta sigla se le asignarán los dos últimos números correspondientes al año de implantación de la especialidad a la cual pertenece la asignatura.

4) La sexta y séptima sigla se utilizará para registrar el número progresivo de la asignatura de especialidad.

2. Interpretación del número de control.

E13020748

1) La primera letra del número de control corresponde a qué tipo de estudios está cursando el estudiante. La letra “E” pertenece a licenciatura.

2) Los Primeros dos números después de la letra nos informan el año de registro a la escuela del estudiante. En el caso de ser el número “13” nos dice que ingreso en el año 2013.

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3) El siguiente par de números corresponde a la numeración del tecnológico al cual pertenece. En el ejemplo se muestra un “02” por lo tanto quiere decir que el estudiante pertenece al tecnológico asignado a esa numeración la cual es el “Instituto Tecnológico de Veracruz”.

4) Los últimos cuatro números es una serie asignada en el área administrativa que se va otorgando a todos los estudiantes inscritos a la escuela generalizando en cualquier licenciatura del mismo año.

3. Fundamentos de un sistema de gestión de calidad.

ISO 9001 es una norma apoyada por un gran número de organizaciones, está respaldada por unos fundamentos para los Sistemas de Gestión de la Calidad que dan sentido al desarrollo e implantación del estándar en organizaciones de diferente tipología.

Base racional.La base racional es la lógica que sustenta la razón de ser del sistema de calidad, debido a: Es la herramienta que ayuda a las organizaciones a acrecentar la satisfacción

del cliente. Los clientes requieren productos que contengan unas características que

satisfagan sus necesidades. Tales necesidades se manifiestan en las especificaciones del producto y las

conocemos como requisitos del cliente. Con estos requisitos, que pueden ser establecidos por los clientes o por la

propia organización, el cliente determinará la aceptabilidad del producto. Las necesidades de los clientes y sus expectativas van cambiando con el

tiempo, surgen presiones competitivas y avances técnicos que lo suscitan, por lo que las organizaciones deben mejorar continuamente para no perder su confianza.

Política y objetivos de la calidad.Tanto la política como los objetivos de calidad constituyen un punto de referencia para dirigir la organización. Determinan qué resultados son los que desea una organización lograr y ayudan a definir y aplicar los recursos para llegar a ellos.Los objetivos deben ser coherentes y consistentes con la política de calidad, y medibles para poder comprobar el grado de consecución de los mismos.Estos objetivos se complementan con otros ya existentes en la organización, ya sean relativos a finanzas, rentabilidad, seguridad… El logro de los objetivos causará un impacto positivo en la calidad del producto, en la capacidad operativa de la organización, en el desempeño económico, y por tanto en el éxito de la organización.

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EL ciclo PHVA es un ciclo de mejoramiento continuo compuesto por cuatro etapas:Planear: Establecer una estrategia. Hacer: Poner en práctica la estrategia. Verificar: Mirar que tan viable ha sido el plan establecido inicialmente. Actuar: Es tomar decisiones si no se obtienen los resultados esperados.

Formación aprendiz sena Planear: • Identificar las necesidades presentes de profesionales en el ámbito laboral.• Establecer las competencias profesionales y académicas para suplir estas necesidades.• Lanzar convocatorias a todos las personas interesadas con las fechas de inscripción.

Hacer: • Capacitar a las personas matriculadas en dichos programas. • Enfocar la formación a la productividad en el área de estudio.• Realiza una formación integral tanto como personal como laboral.

Verificar: • Analizar el desempeño profesional de los egresados. • Validar si lo enseñado fue lo requerido a nivel profesional.• Realizar un estudio del medio si se necesitan más profesionales según campo de estudio.

Actuar: • Continuar con la formación si el medio lo requiere. • Fortalecer las deficiencias presentadas en el momento de ejecutar el plan. • Enfocar mejor las competencias profesionales.

Enfoque al cliente. 1. Prestar una buena atención y un buen servicio al cliente. 2. Enfocar todas las funciones de las empresas para satisfacer las necesidades de los clientes.

Liderazgo. 1. Orientación al logro. 2. Comprometer a todo el personal para alcanzar todos los objetivos propuestos.

Participación del personal.1. Involucrar a todo el personal para el buen funcionamiento de la organización. 2. El personal debe demostrar y aplicar todas sus capacidades para el beneficio de su compañía.

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Enfoque basado en el proceso. 1. Visualizar la compañía como una serie de micro-procesos para llegar a un macro-proceso.2. Identificar que mis resultados desarrollados en un proceso son requeridos más adelante, todo direccionado a la satisfacción del cliente.

Enfoque del sistema para la gestión. 1. Establecer que cada proceso de la compañía en su todo. 2. El cumplimiento de todos los objetivos con lleva a la eficacia y la eficiencia de la organización.

Mejora continua.1. Establecer la mejora continua como un objetivo permanente.2. Implementar la mejora continua como parte del día a día.

Enfoque basado en hechos para toma de decisiones.1. La eficiencia de la compañía se basa en decisiones acertadas. 2. Un buen análisis de la información permitirá la toma de decisiones para la compañía.

Relaciones mutuamente beneficiosas con el proveedor.1. Establecer buena relación con los proveedores. 2. Buscar beneficios tanto como para el proveedor y la compañía.

El sistema de gestión de calidad es una estrategia para el mejoramiento de todas las compañías que buscan la excelencia y el mejoramiento continuo en todos sus procesos esta mejora se consigue aplicando el ciclo PHVA que consiste planear, hacer, verificar y actuar y además de esto se deben aplicar los ocho principios básicos de la calidad, los cuales son: enfoque al cliente, liderazgo, participación del personal, enfoque basado en procesos, enfoque del sistema para la gestión, la mejora continua, enfoque basado en hechos para la toma de decisiones y relaciones mutuamente beneficiosas con el proveedor.

Papel de la alta dirección.En el Sistema de Gestión de la Calidad ISO 9001, mediante el liderazgo y sus acciones, la alta gerencia propiciará un ambiente en el que los trabajadores estén totalmente involucrados y en el que el propio sistema pueda operar eficazmente.La alta dirección se sirve de los principios de la calidad para desempeñar sus funciones, y entre ellas encontramos: Instaurar y mantener la política y objetivos de la calidad. Fomentar la concienciación, motivación y participación del personal.

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Comprobar que toda la organización orienta su trabajo en la satisfacción del cliente.

Asegurar que el sistema es eficiente y eficaz. Revisar y evaluar el sistema. Tomar decisiones ligadas a acciones para la mejora del Sistema de Gestión de

la Calidad.

Evaluación de los sistemas de la calidad.Cuando se evalúa un Sistema de Gestión de la Calidad el responsable en cuestión debe conocer que hay cuatro preguntas básicas que deberían hacerse para cada uno de los procesos que van a ser evaluados: ¿Se ha identificado y definido acertadamente el proceso? ¿Se han fijado responsabilidades? ¿El personal es competente? ¿Es el proceso eficaz para lograr los resultados requeridos?

A la hora de evaluar un Sistema de Gestión de la Calidad se puede hacer desde diversas formas o métodos: Auditorías. Revisiones. Autoevaluaciones.

Sea cual sea el método que se use en la evaluación, los resultados deben revisarse y, cuando sea requerido, determinar oportunidades de mejora.

Mejora continua.La mejora continua es una práctica llevada a cabo para incrementar la probabilidad de aumentar la satisfacción de los clientes. Para ello existen una serie de acciones como estas: Analizar y evaluar la situación existente. Identificar oportunidades de mejora. Buscar alternativas para la consecución de objetivos. Seleccionar alternativas. Implementar alternativas seleccionadas. Evaluar resultados. Formalizar los cambios.

4. Unidades de voltaje

El voltio, o volt, por símbolo V, es la unidad derivada del Sistema Internacional para el potencial eléctrico, la fuerza electromotriz y la tensión eléctrica. Recibe su nombre en honor a Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la pila voltaica, la primera batería química.

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El voltio se define como la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente de un amperio utiliza un vatio de potencia.Así mismo, el voltio se define de forma equivalente como la diferencia de potencial existente entre dos puntos tales que hay que realizar un trabajo de 1 joule para trasladar del uno al otro la carga de 1 Coulomb.

5. Unidades de intensidad de corriente.

El amperio es la unidad del SI para la intensidad de corriente eléctrica. Fue nombrado en honor de André-Marie Ampere. Un amperio es la intensidad de corriente que, al circular por dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y separados entre sí en el vacío a lo largo de una distancia de un metro, produce una fuerza entre los conductores de 2·10-7 newton por cada metro de conductor; también se puede conceptualizar como el paso de un Culombio (6.24 · 1018 electrones) en un segundo a través de un conductor. Se representa con la letra A.

6. Unidades de potencia.

El vatio o watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades. Su símbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s) y es una de las unidades derivadas. Expresado en unidades utilizadas en electricidad, un vatio es la potencia eléctrica producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 voltamperio). La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en vatios, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW) que equivale a 1000 vatios. Un kW equivale a 1,35984 caballos de vapor.

7. Factor de potencia (i).

Triángulo de potencias.El llamado triángulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos ) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna.

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Como se podrá observar en el triángulo de la ilustración, el factor de potencia o coseno de “fi” (Cos ) representa el valor del ángulo que se forma al representar gráficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relación existente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o el consumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna. Esta relación se puede representar también, de forma matemática, por medio de la siguiente fórmula:

El resultado de esta operación será “1” o un número fraccionario menor que “1” en dependencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en específico, según contenga un circuito inductivo, resistivo, o una combinación de ambos. Ese número responde al valor de la función trigonométrica “coseno”, equivalente a los grados del ángulo que se forma entre las potencias (P) y (S).Si el número que se obtiene como resultado de la operación matemática es un decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,95), dicho número representará el factor de potencia correspondiente al defasaje en grados existente entre la intensidad de la corriente eléctrica y la tensión o voltaje en el circuito de corriente alterna.

Lo «ideal» sería que el resultado fuera siempre igual a “1”, pues así habría una mejor optimización y aprovechamiento del consumo de energía eléctrica, o sea, habría menos pérdida de energía no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los generadores que producen esa energía. Sin embargo, un circuito inductivo en ningún caso alcanza factor de potencia igual a "1", aunque se empleen capacitores para corregir completamente el desfase que se crea entre la potencia activa (P) y la aparente (S). Al contrario de lo que ocurre con los circuitos inductivos, en aquellos que solo poseen resistencia activa, el factor de potencia sí será siempre igual a “1”, porque como ya vimos anteriormente en ese caso no se crea ningún desfase entre la intensidad de la corriente y la tensión o voltaje.

En los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra siempre con una fracción decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,8), que es la forma de indicar

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cuál es el retraso o desfase que produce la carga inductiva en la sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de la tensión o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna con un factor de potencia o Cos = 0,95 , por ejemplo, será mucho más eficiente que otro que posea un Cos = 0,85 .

8. Ley de ohm.

La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son:

Tensión o voltaje "E", en volt (V). Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A). Resistencia "R" en ohm (Ω) de la carga o consumidor conectado al circuito.

Figura. Circuito eléctrico cerrado compuesto por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga eléctrica "R" y la. circulación de una intensidad o flujo de corriente eléctrica " I " suministrado por la propia pila.

Debido a la existencia de materiales que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir, a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante.

Por otro lado y de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el amperaje de la corriente que circula por el circuito

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aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga constante.

Postulado general de la Ley de Ohm.

El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene conectada.

Fórmula matemática general de representación de la ley de ohm.

Desde el punto de vista matemático el postulado anterior se puede representar por medio de la siguiente Fórmula General de la Ley de Ohm:

Variante práctica:

Aquellas personas menos relacionadas con el despeje de fórmulas matemáticas pueden realizar también los cálculos de tensión, corriente y resistencia correspondientes a la Ley de Ohm, de una forma más fácil utilizando el siguiente recurso práctico:

Con esta variante sólo será necesario tapar con un dedo la letra que representa el valor de la incógnita que queremos conocer y de inmediato quedará indicada con las otras dos letras cuál es la operación matemática que será necesario realizar.

9. Diferencias de balasto electrónico y magnético.

El balasto (del inglés ballast, «lastre») es un equipo que sirve para mantener estable y limitar la intensidad de la corriente para lámparas, ya sea una lámpara fluorescente, una lámpara de vapor de sodio, una lámpara de haluro metálico o una lámpara de vapor de mercurio. Técnicamente, en su forma clásica, es una reactancia inductiva que está constituido por una bobina de alambre de cobre esmaltado enrollada sobre un núcleo de chapas de hierro o de acero eléctrico. En

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la actualidad existen de diversos tipos, como los balastos electrónicos usados para lámparas fluorescentes o para lámparas de descarga de alta intensidad.

En una lámpara fluorescente el papel del balasto es doble: proporcionar la alta tensión necesaria para el encendido del tubo y después del encendido del tubo, limitar la corriente que pasa a través de él.

El Balasto es un accesorio utilizado en las lámparas que funciona bajo el principio de iluminación de un vapor por descarga ionizante. El Balasto está construido como una Reactancia (Bobina) en conexión de auto transformador elevador de voltaje. Esta embebido en una carcasa metálica para proporcionar un blindaje a las RFI, ondas de radio frecuencia, que el genera normalmente en su operación.

El Balasto funciona elevando el voltaje de su alimentación, al nivel del voltaje requerido por el tipo de gas, del cual sea hecha la lámpara, para que se produzca su ionización y por ende ilumine.

Existe un voltaje de ionización propio para cada gas, para el sodio, para el mercurio, etc. Para el sodio hay dos tipos de Alta presión y de Baja presión, Para cada uno hay un voltaje de balasto específico. Por lo tanto cada lámpara tiene su propio tipo de balasto. El balasto una vez cumple su función de ionizar el gas de la lámpara, mantiene un voltaje residual, menor que el de ionización.

Balastro electrónico.Un balastro electrónico utiliza un circuito de semiconductores para proporcionar a las lámparas un arranque más rápido, sin parpadeo, pudiendo utilizarse para alimentar a varias lámparas a la vez. En general, los balastos electrónicos aumentan la frecuencia de trabajo a 20 kHz o más, con lo que se consigue hacer inapreciable el parpadeo que se produce cuando se trabaja a 100 o 120 Hz (dos veces la frecuencia de la alimentación). Además, el rendimiento de las lámparas fluorescentes aumenta un 9% cuando se llega a 10 kHz, y continúa aumentando poco a poco hasta los 20 kHz. Este aumento de la frecuencia permite aumentar el rendimiento energético de conjunto lámpara-balasto.El balastro electrónico remplaza el conjunto del balasto convencional, el cebador y el condensador. La carcasa que contiene los componentes tiene forma oblonga para encajar en el lugar de los viejos balastos en las luminarias.El balastro electrónico transforma la luz a 600w, pero de forma continua, que a simple vista no se aprecia, pero con una cámara de fotos apreciarás que no hay parpadeo de la luz, con lo que reciben hasta un 30% más de luz.

Los balastros electrónicos, se calientan mucho menos, y dado que la energía no se destruye, sino se transforma, cuanto menos calor, más energía utiliza de la que consume en producir luz, y menos energía utiliza (que la pagas) en generar calor.

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Los balastros electrónicos, suelen ir con un dimmer (potenciómetro) con el que podrás regular la potencia de salida a la bombilla, con lo que en los primeros días de las plantas, puedes regularlo para que consuma menos energía, ya que en esos días no necesitan tanta potencia de luz, y subirla progresivamente mientras avanza el cultivo.

Un balastro electrónico detecta automáticamente los polos de la bombilla, con lo que no tendrás que tener ningún cuidado especial a la hora de montar nuestros equipos con las polaridades y eso, será enchufar y listo. Este tipo de balasto es que se utiliza en las lámparas llamadas compactas.

Balastro magnético.Los balastros magnéticos, transforman la luz a 600w también, pero de corriente alterna, lo que causará un parpadeo en la iluminación, imperceptible al ojo, pero puedes comprobarlo con una cámara de fotos. Los balastros magnéticos, se calientan mucho más que los electrónicos, con lo cual, una parte de la luz que consume, y que pagas en tu factura, va destinada única y exclusivamente a calentar tu balastro.

En un balastro magnético, la potencia de salida es la misma siempre, con lo que la única opción que te quedará para que no les dé demasiada potencia de luz al comienzo de su vida, es alejar el foco a una distancia prudente para que no se quemen nuestras plantas. En un balastro magnético, hay que tener en cuenta los polos de la bombilla a la hora de conectar tu portalámparas a tu balastro, ya que no detecta los polos automáticamente, y alguna bombilla puede no funcionar si no lo conectas bien.

Podemos decir, que lo que pagamos de más en el balastro electrónico, nos lo ahorramos de luz, o lo que nos ahorramos comprando un balastro magnético, lo pagamos de luz, como quieras verlo, pero siempre será más rentable a la larga un balastro electrónico, ya que da más producción, consume menos energía innecesaria y amortiza más la luz que pagamos. Ahora os dejaremos unos cuantos modelos de balastros para que veáis las diferencias, y sepáis reconocer uno u otro, así tendrás una mejor idea de cuál es el que prefieres para tu cultivo.

10.Conexión de un tubo fluorescente.

El diagrama de conexiones para un par de lámparas de encendido instantáneo de 32 Watts, con “balastro” electrónico (ISB SOLA BASIC 758-232-SC) es el que te muestro. El conductor negro del “balastro”, se conecta a la FASE a través de un interruptor sencillo. El conductor gris se conecta directamente al Neutro de la línea.

La carga total (o potencia total) de ambas lámparas es de 32×2=64 Watts, sin embargo, y aunque se supone que el “balastro” no consume energía, en los

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hechos disipa un porcentaje aproximado al 10% del total de Watts –un poco menos por ser un balastro electrónico, pero es mejor considerarlo así-. Por lo tanto, para efectos de cálculos en Instalaciones Eléctricas considera un aproximado de 70 Watts totales para el par de lámparas…

Los balastros electrónicos presentan mayores ventajas que los electromagnéticos (convencionales). Menor tamaño, mayor eficiencia, eliminación del parpadeo de la lámpara al encenderla, menor ruido, mayor vida de la lámpara, y algunos tienen la posibilidad de utilizar reguladores de intensidad luminosa. Su desventaja principal es su costo y se dice –no me consta, pero puedo conceder que es cierto-, que son más sensibles a las variaciones de voltaje en la línea de alimentación dado que incorporan elementos electrónicos.

Toda la conexión hazla en calibre No. 14 AWG. Si en la caja (”chalupa”) del apagador tienes un contacto “baja” la FASE en calibre No. 12 AWG y has un puente entre ambos dispositivos.

NOTA. Si además de los conductores mostrados en el “balastro” hay un cable verde, conéctalo a tierra física o bien a una estructura metálica.

11.Péndulo invertido.

Un péndulo es uno de los juguetes más básicos para experimentar los conceptos de periodo y gravedad. ¿Qué sucede si la masa se une a una barra rígida y se

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pone al revés? Entonces se obtiene un péndulo invertido, un sistema aparentemente inestable que es un ejemplo clásico para el control automático.

Una de las claves del péndulo invertido es intentar controlar el movimiento de la masa moviendo el otro extremo de la barra. En el ejemplo del carrito se demuestra que la barra se puede mantener en posición vertical para una perturbación dada lo suficientemente pequeña [INV].

En el estudio de los mecanismos se ha puesto de manifiesto que su dinámica característica puede interpretarse como movimientos independientes y sincronizados de cada uno de sus elementos. Tales movimientos pueden ser generados por la acción de un actuador, conocida como actuación directa, o bien por otros elementos a los que se encuentren interconectados, llamada actuación indirecta. En mecánica, a estos movimientos se les conoce como grados de libertad. Por tanto los mecanismos, debido al número de grados de libertad y de actuadores que poseen, se pueden clasificar en dos tipos: sistemas mecánicos completamente actuados y sistemas mecánicos subactuados. Los primeros son aquellos que poseen igual número de actuadores que de grados de libertad; mientras que los segundos poseen menor número de actuadores que de grados de libertad.

En las últimas décadas ha surgido un fuerte interés, por parte de investigadores del área de ingeniería de control, en los sistemas mecánicos subactuados. Este interés es debido a las ventajas que dichos sistemas pueden ofrecer en lo relativo al ahorro de energía y esfuerzos de control, puesto que se pretende que los sistemas subactuados realicen las mismas tareas que los sistemas mecánicos completamente actuados, pero haciendo frente a los problemas de control que conlleva un sistema con menor número de actuadores que grados de libertad. Así, el control de los sistemas mecánicos subactuados es un campo activo de investigación debido a su amplia gama de aplicaciones en robótica, aeroespacial y vehículos marinos.

Péndulos invertidos.

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Algunos de los sistemas mecánicos subactuados más conocidos son los péndulos invertidos, los cuales representan un excelente punto de referencia para muchos problemas de control, tales como:

Modelado Identificación de parámetros. Control de posición y velocidad. Control no lineal. Compensación por fricción. Análisis del ciclo límite. Control hibrido (Balance del péndulo y swing-up).

Básicamente existen dos versiones diferentes de péndulos invertidos, dependiendo del tipo de mecanismo que los mueve:

Péndulo con movimiento lineal sobre un carro. Péndulo con movimiento giratorio.

El primero, mostrado en la Figura 1(a), corresponde a la estructura convencional de un péndulo invertido. Este consiste en un carro, que corre sobre un riel horizontal, y un péndulo que posee desplazamiento angular en el plano vertical conectado de uno de sus extremos al carro. En este tipo de sistema el péndulo tiene una limitante de movimiento, considerada como una restricción de control. El segundo, mostrado en la Figura 1(b), es comúnmente conocido como el péndulo de Furuta, debido a que fue el profesor K. Furuta, adscrito al Tokio Institute of Technology, quien lo inventó. Tal mecanismo está formado por dos eslabones, uno llamado brazo y otro péndulo, y dos articulaciones rotacionales. En uno de los extremos del brazo se encuentra unido un actuador (motor), el cual le imprime un movimiento angular sobre el plano horizontal. En el extremo libre del brazo se encuentra conectado el péndulo a través de una articulación que puede girar libremente y permite la rotación de este último en el plano vertical.

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Otros ejemplos de sistemas mecánicos subactuados son el péndulo con rueda inercial, el sistema viga-bola y el robot planar de uniones elásticas. El péndulo con rueda inercial, puede verse en la Figura 2(a), se describe como una varilla utilizada como péndulo, la cual en el extremo libre tiene una rueda giratoria, que a su vez se encuentra unida al eje de un motor de corriente directa. Este motor es el que imprime sobre la rueda giratoria movimiento angular, provocando que la varilla se balancee sobre el pivote. El sistema viga-bola, mostrado en la Figura 2(b), consiste de una viga que tiene un canal dentro del cual rueda un balín o bola. La inclinación de la varilla puede ser modificada a través de un motor de corriente directa y esta inclinación provoca el movimiento del balín por efecto de la gravedad. El robot planar de uniones elásticas o flexibles, mostrado en la Figura 2(c), consiste en un brazo con dos eslabones que se mueven en un plano horizontal perpendicular a la fuerza de gravedad. El primer eslabón está unido a un eje que rota libremente debido a la aplicación directa de un par; mientras que un segundo eslabón se encuentra unido al extremo libre del primer eslabón, mediante una unión elástica como bien puede ser un resorte.

La característica, que comparten los mecanismos antes descritos, de sólo poseer un actuador y tener la capacidad e realizar diferentes movimientos, es precisamente la que los define como sistemas mecánicos subactuados. Es por este hecho que las existentes técnicas de control desarrolladas para robots manipuladores completamente actuados no pueden ser directamente aplicadas para el control de los sistemas mecánicos subactuados, lo cual ha permitido que estos sistemas tengan variadas aplicaciones, de las cuales se describirán las más relevantes a continuación.

Muchos sistemas de control que se pueden observar en la vida real, tales como: robots móviles, robots caminantes, robots nadadores, cohetes espaciales, satélites, aviones de despegue vertical, helicópteros, proyectiles, vehículos submarinos, barcos, buques de superficie, etc., son ejemplos de sistemas mecánicos subactuados; cuyo control está fuertemente ligado al sector industrial, puesto que han ayudado considerablemente a la mejora de la calidad de los productos fabricados, al aumento de la eficiencia de los procesos, a la minimización del consumo de energía, entre otros; convirtiéndose la ingeniería de control en una parte medular para el avance de la ingeniería y la ciencia.

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Respecto a los péndulos invertidos se pueden encontrar diversos ejemplos de aplicaciones en sectores como: aeroespacial, biomecánica y transporte. Por ejemplo, en Aeroespacial se requiere el control activo de un cohete para mantenerlo en la posición vertical invertida durante su despegue (ver Figura 3). Aquí, el ángulo de inclinación del cohete es controlado por medio de la variación del ángulo de la aplicación de la fuerza de empuje, colocada en la base de dicho cohete.

12.Fuentes de energía.

La energía es una propiedad de la materia que le confiere la capacidad de producir cambios en la materia y nos permite describir de una forma sencilla las transformaciones.La unidad de la energía en el SI es el joule (J); otra unidad muy utilizada es la caloría (cal). Las Fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los que la humanidad puede obtener energía utilizable en sus actividades. El origen de casi todas las fuentes de energía es el Sol, que "recarga los depósitos de energía". Las fuentes de energías se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables; según sean recursos "ilimitados" o "limitados".

Energías renovables.Son fuentes en que la energía disponible existe en cantidades ilimitadas, de modo que no se agotan a medida que se van utilizando. El Sol, el viento, las caídas de agua y la biomasa son ejemplos de fuentes de energía renovables.Existen varias fuentes de energía renovables, como son:1) Energía mareomotriz (mareas)2) Energía geotérmica (calor de la tierra) 3) Energía hidráulica (embalses)4) Energía eólica (viento)5) Energía solar (Sol)6) Energía de la biomasa (vegetación)

Energía mareomotriz.Es la producida por el movimiento de las masas de agua provocado por las subidas y bajadas de las mareas, así como por las olas que se originan en la superficie del mar por la acción del viento.

Energía geotérmica. Es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. La energía geotérmica puede hacer uso de las aguas termales que se encuentran a poca profundidad y que emanan vapor. Otra fuente de energía geotérmica es el magma (mezcla de roca fundida y gases), aunque no

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existen recursos tecnológicos suficientes para una explotación industrial del mismo. La energía geotérmica, tiene distintas aplicaciones, entre las que se cuentan: Calefacción de viviendas, Usos agrícolas, Usos industriales, Generación de electricidad.Energía hidráulica.Es la producida por el agua retenida en embalses o pantanos a gran altura (que posee energía potencial gravitatoria). Si en un momento dado se deja caer hasta un nivel inferior, esta energía se convierte en energía cinética y, posteriormente, en energía eléctrica en la central hidroeléctrica.

Energía eólica.La Energía eólica es la energía cinética producida por el viento. Se transforma en electricidad en unos aparatos llamados aerogeneradores (molinos de viento especiales).

Energía solar.La Energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear. El aprovechamiento de la energía solar se puede realizar de dos formas: por conversión térmica de alta temperatura (sistema fototérmico) y por conversión fotovoltaica (sistema fotovoltaico).

Energía de la biomasa.La Energía de la biomasa es la que se obtiene de los compuestos orgánicos mediante procesos naturales. Con el término biomasa se alude a la energía solar, convertida en materia orgánica por la vegetación, que se puede recuperar por combustión directa o transformando esa materia en otros combustibles, como alcohol, metanol o aceite. También se puede obtener biogás, de composición parecida al gas natural, a partir de desechos orgánicos.

Energías no renovables.Las Fuentes de energía no renovables son aquellas que se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración. Existen varias fuentes de energía no renovables, como son: 1) Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)2) La energía nuclear (fisión y fusión nuclear)

Los combustibles fósiles.(Carbón, petróleo y gas natural) Son sustancias originadas por la acumulación, hace millones de años, de grandes cantidades de restos de seres vivos en el fondo de lagos y otras cuencas sedimentarias.

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El carbón.Es una sustancia ligera, de color negro, que procede de la fosilización de restos orgánicos vegetales. Existen 4 tipos: antracita, hulla, lignito y turba. El carbón se utiliza como combustible en la industria, en las centrales térmicas y en las calefacciones domésticas.

El petróleo.Es el producto de la descomposición de los restos de organismos vivos microscópicos que vivieron hace millones de años en mares, lagos y desembocaduras de ríos. Se trata de una sustancia líquida, menos densa que el agua, de color oscuro, aspecto aceitoso y olor fuerte, formada por una mezcla de hidrocarburos (compuestos químicos que sólo contienen en sus moléculas carbono e hidrógeno). El petróleo tiene, hoy día, muchísimas aplicaciones, entre ellas: gasolinas, gasóleo, abonos, plásticos, explosivos, medicamentos, colorantes, fibras sintéticas, etc. De ahí la necesidad de no malgastarlo como simple combustible. Se emplea en las centrales térmicas como combustible, en el transporte y en usos domésticos. El gas natural Tiene un origen similar al del petróleo y suele estar formando una capa o bolsa sobre los yacimientos de petróleo. Está compuesto, fundamentalmente, por metano (CH4). El gas natural es un buen sustituto del carbón como combustible, debido a su facilidad de transporte y elevado poder calorífico y a que es menos contaminante que los otros combustibles fósiles.

Energía nuclear Es la energía almacenada en el núcleo de los átomos, que se desprende en la desintegración de dichos núcleos.Una central nuclear es un tipo de central eléctrica en la que, en lugar de combustibles fósiles, se emplea uranio-235, un isótopo del elemento uranio que se fisiona en núcleos de átomos más pequeños y libera una gran cantidad de energía (según la ecuación E = mc2 de Einstein), la cual se emplea para calentar agua que, convertida en vapor, acciona unas turbinas unidas a un generador que produce la electricidad. Las reacciones nucleares de fisión en cadena se llevan a cabo en los reactores nucleares, que equivaldrían a la caldera en una central eléctrica de combustibles fósiles.

13.Energía radioactiva

La radiactividad o radioactividad es un fenómeno físico por el cual los núcleos de algunos elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir

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fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros. Debido a esa capacidad, se les suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de helio, electrones o positrones, protones u otras. En resumen, es un fenómeno que ocurre en los núcleos de ciertos elementos, inestables, que son capaces de transformarse, o decaer, espontáneamente, en núcleos atómicos de otros elementos más estables. La radiactividad se aprovecha para la obtención de energía nuclear, se usa en medicina (radioterapia y radiodiagnóstico) y en aplicaciones industriales (medidas de espesores y densidades, entre otras).

La radiactividad puede ser:1. Natural: manifestada por los isótopos que se encuentran en la naturaleza.2. Artificial o inducida: manifestada por los radioisótopos producidos en

transformaciones artificiales.

14.¿Qué es un isótopo?

Un isótopo es un átomo cuyo núcleo tiene el mismo número de protones pero diferente número de neutrones.Se descubrió la existencia de los isótopos como consecuencia del estudio sobre las sustancias radiactivas naturales. El nombre de isótopo fue propuesto por F.Soddy en 1911, el cual constató la igualdad de sus propiedades químicas. La mayoría de los elementos naturales son formados por varios isótopos que sólo pueden ser separados por procedimientos físicos (difusión, centrifugación, espectrometría de masas, destilación fraccionada y electrólisis).Podemos clasificar los isótopos como estables, con una vida media del orden de 3 000 millones de años, e inestables o radiactivos, que emiten radiaciones y se convierten en otros isótopos o elementos. Estos últimos son empleados en la obtención de energía (235 U, 239 Pu), en la datación (14 C, 40 K), en medicina para fines diagnósticos y terapéuticos, en aparatos de medida, etc.

15.Energía obtenida de un producto vegetal: caña

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Como resultado se ha obtenido que el bagazo siempre tenga un valor de uso mucho mayor como combustible directo en la generación de energía eléctrica y térmica, que como materia prima para la producción de etanol mediante su hidrólisis. Con ello se logra vender excedentes de electricidad a la red nacional, a partir de esquemas eficientes de producción de azúcar que aportan el bagazo sobrante necesario, y de eficientes esquemas de cogeneración que deberán concluir con la gasificación del bagazo y la generación en ciclos combinados. Además, se podrán obtener ganancias por la venta de créditos de carbono por la reducción en la emisión de gases contaminantes y de efecto invernadero.

Entre las fuentes renovables de energía en estudio, la más antigua, utilizada y difundida, es la energía obtenida a partir de la biomasa, sobre la que se realizan estudios de optimización de los procesos de combustión para alcanzar mayores rendimientos y eficiencias, y se estudian nuevas tecnologías, como son los procesos termoquímicos y la gasificación. Entre las plantas utilizadas para fines bioenergéticas se destacan las gramíneas, como la caña de azúcar, cuya eficiencia fotosintética es de las más altas entre todos los vegetales, razón por la cual la agroindustria azucarera es considerada una gran fuente de producción de energía [BNDES, 2008]. Como resultado de la molida de la caña se obtiene el bagazo, que es utilizado para autoabastecer a la industria energéticamente (potencia y calor en sistemas de cogeneración) y como derivado tradicional, el etanol, que normalmente se obtiene de las mieles finales, pero que también puede obtenerse de mezclas de jugo y miel, y de jugo de caña directamente.

16.¿Qué es un sistema?

Un sistema es módulo ordenado de elementos que se encuentran interrelacionados y que interactúan entre sí. El concepto se utiliza tanto para definir a un conjunto de conceptos como a objetos reales dotados de organización.Un sistema conceptual o ideal es un conjunto organizado de definiciones, símbolos y otros instrumentos del pensamiento (como las matemáticas, la notación musical y la lógica formal).

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Un sistema real, en cambio, es una entidad material formada por componentes organizados que interactúan de forma en que las propiedades del conjunto no pueden deducirse por completo de las propiedades de la partes (denominadas propiedades emergentes).

Los sistemas reales comprenden intercambios de energía, información o materia con su entorno. Las células y la biosfera son ejemplos de sistemas naturales. Existen tres tipos de sistemas reales: abiertos (recibe flujos de su ambiente, adaptando su comportamiento de acuerdo a esto), cerrados (sólo intercambia energía con su entorno) y aislados (no realiza ningún tipo de intercambio con su entorno).

Clasificación de los sistemas

La clasificación de un sistema al igual que el análisis de los aspectos del mismo es un proceso relativo; depende del individuo que lo hace, del objetivo que se persigue y de las circunstancias particulares en las cuales se desarrolla. Los sistemas se clasifican así:

Según su relación con el medio ambiente 1. Abiertos: Sistemas que intercambian materia, energía o información con el

ambiente. Ejemplos: célula, ser humano, ciudad, perro, televisor, familia estación de radio.

2. Cerrado: Sistemas que no intercambian materia, energía o información con el ambiente. Ejemplos: universo, reloj desechable, llanta de carro.

Según su naturaleza1. Concretos: Sistema físico o tangible. Ejemplos: Equipos de sonidos, pájaro,

guitarra, elefante.2. Abstractos: Sistemas simbólicos o conceptuales. Ejemplo: Sistema

sexagesimal, idioma español lógica difusa.

Según su origen 1. Naturales: Sistemas generados por la naturaleza, tales como los ríos, los

bosques las moléculas de agua.2. Artificiales: Sistemas que son productos de la actividad humana, son

concebidos y construidos por el hombre, tenemos al tren, avión, idioma inglés.

Según sus relaciones 1. Simples: Sistemas con pocos elementos y relaciones, como los juegos de

billar, péndulo, f(x)=x+2, palanca.2. Complejos: Sistemas con numerosos elementos y relaciones. Ejemplo: cerebro

universidad, cámara, fotográfica. Esta clasificación es relativa porque depende

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del número de elementos y relación considerados. En la práctica y con base en límites psicológicos de la percepción y comprensión humanas, un sistema con más o menos siete elementos y relaciones se puede considerar simple.

Según su cambio en el tiempo 1. Estáticos: Sistema que no cambia en el tiempo: piedra, vaso de plástico,

montañas.2. Dinámicos: Sistema que cambia en el tiempo: Universo, átomo, la tierra,

hongo. Esta clasificación es relativa porque depende del periodo de tiempo definido para el análisis del Sistema.

Según el tipo de variable que lo definen1. Discretos: Sistema definido por variables discretas: lógica, bolean, alfabeto.2. Continuos: Sistema definido por variables continúas: alternador, ríos.

17.Sistema del Instituto Tecnológico de Veracruz

Director: Ing. David Reynier Valdés.Subdirector Académico: Dra. Genoveva Domínguez Sánchez.Subdirector de Servicios Administrativos: Ing. Gerardo Ramos Leyva.Subdirector de Planeación: M.S.I. Gabriela Clavel Martínez.

18.Subestaciones en el Instituto Tecnológico de Veracruz

Dentro del Instituto Tecnológico de Veracruz, podemos encontrar 7 sTransformadores tipo pedestal, sus ubicaciones se mencionan a continuación:

1) Edificio B: Administración.2) UNIDA.3) Edificio de Sistemas.4) Edificio D: Laboratorio pesados.5) Edificio de Electrónica.6) Edificio de Centro de Idiomas.7) Calzada de la estudiantina.

19.Transformador de poste.

SÍMB. CANT. CÓDIGO SAP

ESP. TÉCNICA

DESCRIPCIÓN

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a2 3 6762360 E-MT-011 Aislador de pin ANSI 55-5

c4 2 6762481 ET-401 Cruceta de madera de 2,5 m

d1 4 6762466 ET-405 Diagonal metálica en varilla 5/8’’ x 770 mm

f29 3 6762194 ET-505 Fusible dual (ver notas)

g5 3 6962151 ET-352 Grapa para operar en caliente

j´3 2 6764362 ET-450 Hebilla de acero inoxidable 5/8”

J3 2 6762433 ET-450 Metros de cinta de acero inoxidable 5/8”

P 3 6781248 ET-500 DPS - Descargador de sobretensión óxido metálico 12 kV , 10 kA

p5 1 6762452 ET-201 Poste de concreto de 12 m 750 kg (1)

o45 12 6762340 ET-122 Metros de cable desnudo de cobre calibre 4 AWG

r1 3 6762123 ET-413 Porta aislador pasante para cruceta de madera

S 3 6762115 E-MT-001 Cortocircuito de cañuela 100 A 15 kV

s14 4 6762265 ET-302 Conector terminal de compresión tipo pala (ver notas)

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s26 2 Conector tipo tornillo para puesta a tierra

s95 3 ET-356 Conector cuña con estribo 4/0 - 4 AWG

T 1 E-MT-009 Transformador de distribución hasta 150 kVA (peso < 700 kgf), 11 400 - 208/120 V (1)

t5 2 6762212 ET-456 Tornillo de carruaje 5/8" x 1 ½”

t10 4 6762213 ET-457 Tornillo de acero galvanizado 5/8" x 5"

t11 2 6762251 ET-457 Tornillo de acero galvanizado 5/8" x 8" (2)

t20 8 ET-473 Tornillo de bronce para borna terminal

u 1 Accesorios para puesta a tierra

x6 6 6764379 ET-601 Metros de tubo galvanizado 3"

x16 1 ET-603 Boquilla galvanizada 3"

x26 1 ET-605 Capacete galvanizado 3"

x36 1 ET-604 Codo galvanizado 3”x 90°

z20 2 6762202 ET-436 Abrazadera en U tipo 2

z8 2 6762236 ET-431 Abrazadera de una salida tipo 3

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Alternativas:(1) El poste de 750 kgf permite transformadores hasta 150 kVA con pesos menores a 700 kgf. Para transformadores de 225 kVA usar postes de 1050 kgf. (2) Abrazadera de una salida z8, tornillo de carruaje t5 y tuerca de ojo alargado m7.

Notas:El conector tipo cuña que aparece en el listado es una referencia, consultar la ET-356 para su selección adecuada de acuerdo al conductor.

El conector terminal de compresión tipo pala que aparece en el listado es una referencia, consultar la ET-302 para su selección adecuada de acuerdo al conductor.Para la selección del fusible dual se debe consultar la ET-505.

Los cortacircuitos se instalarán del lado contrario al transformador. Si hay elementos cercanos que afecten su instalación o dificultad en la apertura de los portafusibles, se ubicarán encima del transformador.

Después de los cortacircuitos la derivación al transformador debe conectar primero los DPS y luego los bujes del transformador.

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Vista frontal del transformador de poste

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Vista lateral del transformador de poste.

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20.Aleaciones ferromagnéticas.

Los materiales ferromagnéticos, compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, níquel, aluminio y otros metales, son los materiales magnéticos más comunes y se utilizan para el diseño y constitución de núcleos de los transformadores y maquinas eléctricas. En un transformador se usan para maximizar el acoplamiento entre los devanados, así como para disminuir la corriente de excitación necesaria para la operación del transformador. En las maquinas eléctricas se usan los materiales ferromagnéticos para dar forma a los campos, de modo que se logren hacer máximas las características de producción de par.

Estos materiales han evolucionado mucho con el paso del tiempo lo que implica más eficiencia, reducción de volúmenes y costo, en el diseño de transformadores y maquinas eléctricas. Los materiales ferromagnéticos poseen las siguientes propiedades y características que se detallan a continuación.

Propiedades de los materiales ferromagnéticos.1) Aparece una gran inducción magnética al aplicarle un campo magnético.2) Permiten concentrar con facilidad líneas de campo magnético, acumulando

densidad de flujo magnético elevado.3) Se utilizan estos materiales para delimitar y dirigir a los campos magnéticos en

trayectorias bien definidas.4) Permite que las maquinas eléctricas tengan volúmenes razonables y costos

menos excesivos. Características de los materiales ferromagnéticos.1) Los materiales ferromagnéticos se caracterizan por uno o varios de los

siguientes atributos:2) Pueden imantarse mucho más fácilmente que los demás materiales. Esta

característica viene indicada por una gran permeabilidad relativa m /m r.3) Tienen una inducción magnética intrínseca máxima Bmax muy elevada.

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4) Se imanan con una facilidad muy diferente según sea el valor del campo magnético. Este atributo lleva una relación no lineal entre los módulos de inducción magnética (B) y campo magnético.

5) Un aumento del campo magnético les origina una variación de flujo diferente de la variación que originaría una disminución igual de campo magnético. Este atributo indica que las relaciones que expresan la inducción magnética y la permeabilidad (m) como funciones del campo magnético, no son lineales ni uniformes.

6) Conservan la imanación cuando se suprime el campo.7) Tienden a oponerse a la inversión del sentido de la imanación una vez

imanados. Materiales ferromagnéticos para transformadores:La aleación ferromagnética más utilizada para el diseño de núcleos de transformadores es la aleación hierro-silicio, esta aleación es la producida en mayor cantidad y está compuesta por hierro esencialmente puro con 1-6% de silicio, dependiendo este porcentaje del fin a que se destine el material. Dando a esta aleación un tratamiento térmico adecuado, se obtiene un material que comparado con el hierro, tiene mejores propiedades magnéticas para campos magnéticos débiles, una resistividad mayor y sufren pérdidas totales menores en el núcleo. Esta aleación se lamina en chapas y flejes, principalmente de espesores comprendidos entre 0,35 y 0,635 mm recocidos; en el lenguaje corriente se le conoce con el nombre de acero al silicio o Chapa magnética.

Las chapas de mejor calidad presentan mayor contenido en silicio, entre el 4 y el 5. El silicio eleva la dureza del material, por lo que su porcentaje se determina según el empleo al que se designa la chapa. Para maquinas rotatorias el límite superior es aproximadamente del 4%, teniendo en cuenta el peligro de la fragilidad. También se prefieren chapas de menor contenido de silicio cuando las densidades de funcionamiento son elevadas o cuando se desea una elevada conductividad calorífica. Las pérdidas en el núcleo y el coeficiente de envejecimiento aumentan al disminuir el contenido de silicio.La fabricación de la chapa magnética ha llegado a estar normalizada en considerable extensión por lo que los datos magnéticos publicados por diversos fabricantes no se diferencian, calidad por calidad, excesivamente. Aislamiento interlaminarEl aislamiento interlaminar se consigue formando una capa de óxido natural sobre la superficie de la chapa magnética laminada plana o aplicando un revestimiento superficial. Evidentemente este tratamiento no reduce las corrientes parásitas en el interior de las chapas. Generalmente se consigue una mejora en la resistencia entre chapas recociendo la chapa bajo condiciones ligeramente oxidantes que aumentan el espesor del óxido superficial y cortando entonces las formas acabadas para los núcleos.

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Los revestimientos o acabados de aislamiento pueden clasificarse ampliamente en orgánicos o inorgánicos:

a) El aislamiento orgánico consiste, en general, en esmaltes o barnices que se aplican a la superficie del acero para proporcionar una resistencia interlaminar.La chapa magnética laminada plana con revestimiento de tipo orgánico no puede recibir un recocido de distensión sin perjudicar el valor aislante de la capa. Esta, sin embargo, resiste las temperaturas de funcionamiento normales. Algunos aislamientos orgánicos son apropiados sólo en núcleos refrigerados por aire, mientras que otros pueden ser apropiados para núcleos de transformadores tanto del tipo refrigerado por aire como los de baño de aceite. El espesor de este tipo de aislamiento es de aproximadamente de 2,5 mm.

b) El aislamiento inorgánico se caracteriza, en general, por una elevada resistencia y por la capacidad de resistir las temperaturas necesarias para el recocido de distensión. Esta ideado para núcleos de transformadores refrigerados por aire o en baño de aceite.

21.Normas NEMA en México.

LA MISIÓN DE NEMA: Promover la competitividad de sus compañías socias proporcionando servicios de calidad que impactarán positivamente en las normas, regulaciones gubernamentales, y economía de mercado.Las falsificaciones pueden causar la muerte Presentación del video

Ayude a combatir la falsificación Fabricantes Distribuidores, proveedores e instaladores Gobierno

Falsificaciones que causan la muerte Anuncio de servicio público de información al consumidor

NEMA realiza su misión a través de: Liderado el desarrollo de las normas y defendiendo posiciones técnicas que

favorecen los intereses de la industria y los usuarios de los productos.

Trabajando para asegurar que la legislación y regulaciones del gobierno relacionados con los productos y operaciones sean consistentes con las necesidades de industria.

Recopilando, analizando y difundiendo datos de la industria y del mercado.

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Promoviendo la seguridad en el diseño, fabricación y uso de productos eléctricos.

Proporcionando información sobre la industria a los medios de comunicación y otros interesados.

Representando los intereses de la industria en tecnologías nuevas y en desarrollo.

La Asociación Nacional de Manufacturas Eléctricas es la asociación de comercio más grande en los Estados Unidos la cual representa los intereses de los fabricantes de la industria eléctrica. Fue fundada en 1926 y sus oficinas principales se encuentran cerca de Washington, D.C. Los miembros son compañías fabricantes de productos eléctricos, utilizados en la transmisión, generación, distribución, control y utilización final de la energía eléctrica.

Productos de los miembros de nemaLos miembros de NEMA se enorgullecen por desarrollar y fabricar productos líderes, de calidad mundial, confiables y que proporcionan el mejor valor a sus clientes. Por esta razón, los miembros de la asociación respaldan fuertemente el programa de actividades previsto por NEMA en México.

NEMA en México

Los objetivos: El desarrollo de normas técnicas del producto y normas de instalación que

aseguren que los productos hechos, tanto en México y en EE.UU., puedan usarse seguramente por clientes en ambos países.

El desarrollo de procesos de evaluación de la conformidad justos e igualitarios para a todos los fabricantes.

La inspección de todas las instalaciones eléctricas para asegurar el cumplimiento de NOM-001-SEDE-1999.

Mantener un ambiente de comercio que asegure un acceso igualitario y competitivo al mercado, a través de la eliminación de barreras comerciales.

Las actividades: Colaborar con CANAME de acuerdo al Memorándum de Entendimiento firmado

en noviembre 1999, cuyas actividades de colaboración es en las áreas de normas de productos y normas de instalaciones, facilitación del comercio y temas relacionado con el mercado.

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Trabajar con el personal de ANCE y sus comités técnicos para asegurar que se utilizan los procesos apropiados para desarrollar las normas que satisfacen las necesidades de compradores en México y el EE.UU.

Organizar y dirigir, regularmente, seminarios técnicos para difundir información sobre los productos de los miembros de NEMA.

Colaborar con las cámaras, organizaciones profesionales y colegios interesados para asegurar que los proyectos de NEMA proporcione un valor agregado.

Continuar apoyando agresivamente las actividades de armonización de normas con ANCE a través de CANENA.

22.Clasificación de las normas NEMA

NEMA DEFINICIÓN1 Propósito general. Protege contra el polvo, luz y salpicaduras

indirectas, pero no es hermético al polvo; fundamentalmente previene contacto con partes energizadas; usado en interiores y bajo condiciones atmosféricas normales.

2 Estanco al goteo. Similar al tipo 1 pero con tapa de goteo; usado cuando la condensación puede ser severa (salas de enfriamiento, lavanderías)

3 y 3S Resistente al agua. Protege contra condiciones climáticas riesgosas como lluvia y agua nieve. Usado en exteriores.

3R Para uso exterior. Proporciona grado de protección contra lluvia y formación de hielo.

4 y 4X Debe excluir por lo menos 65 GPM de agua desde una boquilla de 1 pulgada a una distancia no menor de 3m por 5 minutos. Usado en exteriores.

5 A prueba de polvo fino. Suministrado en empaquetaduras o equivalentes para excluir polvo.

6 y 6P Sumergible. Diseño depende de condiciones especificadas de presión y tiempo. Sumergible en agua.

7 Lugares peligrosos. Para uso en ambientes interiores clase I, grupos A, B, C y D según NEC.

8 Lugares peligrosos. Para ambientes interiores y exteriores, uso en lugares clasificados con Clase I, grupos A, B, C y D según NEC.

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9 Lugares peligrosos. Para ambientes interiores y exteriores, uso en lugares clasificados con Clase II, grupos E, F o G según NEC.

10 Cumple requisitos de seguridad en minería y salud.11 Propósito general. Protege contra efectos corrosivos de líquidos y

gases.12 y 12K Propósito general. Para uso interior, proporciona protección contra

polvo, suciedad y goteo de líquidos no corrosivos. Cumple con test de resistencia a goteo, polvo y óxido.

13 Propósito general. Proporciona protección contra polvo, rocío, aceite y refrigerantes no corrosivos. Cumple con test para diseño con resistencia al aceite y óxido.

La publicación de las Normas NEMA prueba los productos bajo condiciones del ambiente tales como corrosión, oxidación, hielo, aceite y fluidos refrigerantes. La norma IEC 529 no lo hace, y no especifica el grado de protección contra los daños mecánicos al equipo. Por esta razón, y porque las pruebas y evaluaciones para otras características no son idénticas, las designaciones IEC para la clasificación de envolventes no pueden igualarse exactamente con los números NEMA de tipo de protección.

ContactoEn México:Ing. Gustavo Domínguez Poó.Director de NEMA en México, Centroamérica, y el CaribeAV. LAZARO CARDENAS No. 869Col. Nueva Industrial VallejoC.P. 07700 México D.F.Tel: 52 (55) 5747 4579Cel.: 52 (55) 5434 [email protected]

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23.Características de las bombas centrífugas

Una bomba es considerada como un equipo de bombeo, la cual recibe energía mecánica y la convierte en energía para que un fluido adquiera presión, posición o velocidad.

Así, existen bombas que se utilizan para cambiar la posición de un cierto fluido. Un ejemplo lo constituye una bomba de pozo profundo, que adiciona energía para que el agua del subsuelo salga a la superficie.

Tipos de bombas

Existe una cierta clasificación de bombas, las cuales se dividen en:

Bombas reciprocantes Bombas de desplazamiento Bombas rotatorias Bombas centrifugas Bombas dinámicas Bombas especiales

Bombas centrífugas.

Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. Una bomba centrífuga consiste en un rodete que produce una carga de presión por la rotación del mismo dentro de una cubierta. Las diferentes clases de bombas se definen de acuerdo con el diseño del rodete, el que puede ser para flujo radial o axial.

Características de las bombas centrífugas

Las bombas centrífugas se suelen definir por las cuatro características siguientes:

Capacidad o cantidad de fluido descargado en la unidad de tiempo. Aumento de presión designado comúnmente con el término de carga (que es la

energía proporcionada al fluido por unidad de masa, y se obtiene dividiendo el aumento de presión por el peso específico del fluido).

Potencia que es la energía consumida por la máquina en la unidad de tiempo.

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El rendimiento es energía cedida al fluido, dividida por la energía total absorbida por la máquina.

El efecto conseguido por la mayoría de los dispositivos de bombeo es el de aumentar la presión del fluido. La mayoría de las bombas soplantes y compresores pueden clasificarse en máquinas alternativas, rotatorias o centrífugas.

Proveedores de bombas centrífugas

A continuación le presentamos a HidroFluidos, proveedor de bombas centrífugas:

HidroFluidos ofrece la selección servicio y ventas de equipo hidráulico para proyectos industriales, recambio o sustitución, arranque de plantas, ampliaciones de producción y de procesos de expansión o mejora en equipamientos industriales.

Entre la amplia gama de productos con los que cuenta HidroFluidos, se encuentran las bombas centrífugas.

Bomba centrífuga aurora

Las bombas centrífugas Aurora corresponden a una nueva línea, en la que se han introducido todos los adelantos de la técnica actual. El diseño moderno está basado en la experiencia de los 50 años de Aurora-Pumps y ofrece las siguientes ventajas a los problemas del bombeo:

Diseñados para el funcionamiento suave y silencioso. De sencilla instalación y fácil mantenimiento. Máxima intercambiabilidad para mayor economía.

Su aplicación es recomendada para el suministro de agua para la industria, instalaciones de riego, circulación de agua fría y caliente en instalaciones de aire acondicionado, elevación de agua en edificios, torres, etc. obteniendo en todos los casos excelentes rendimientos con bajo consumo de energía eléctrica.

24.Diferencias entre el hierro y el acero.

Existen muchas diferencias entre hierro y acero. Para empezar el hierro es un elemento mientras que el acero es una aleación o combinación de hierro con carbono. El hierro es un metal relativamente duro con un diámetro atómico (dA)

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de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1.535 °C y punto de ebullición 2.740 °C. El acero, por su parte, es una aleación de hierro con una cantidad de carbono relativa, que varía entre 0,04 y un 2,25 %, y a los que se añaden elementos como níquel, cromo, manganeso, entre otros. Otra diferencia puede ser percibida al ver el porcentaje de carbono. El hierro que contiene menos de un 2% de carbono se llama acero y si contiene más de 2% de carbono se denomina arrabio.El acero es más fuerte que el hierro o fierro, como se le llama en algunos países, y tiene mejores propiedades de tensión y compresión. Este es el motivo por el cual en la industria de la construcción se utiliza el acero como base en vez del hierro.El hierro era conocido hace miles de años y fue utilizado por el hombre desde el principio de la civilización, mientras que el acero empieza a ser utilizado mucho más tarde.

25.Resistividad y conductividad de los materiales.

Resistividad

Todas las sustancias se oponen en mayor o menor grado al paso de la corriente eléctrica, esta oposición es a la que llamamos resistencia eléctrica. Los materiales buenos conductores de la electricidad tienen una resistencia eléctrica muy baja, los aisladores tienen una resistencia muy alta. Se le llama resistividad al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos. Se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohm por metro (Ω · m, a veces también en Ω·mm²/m).

Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor.Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la resistividad de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura.

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Tabla de la resistividad de los materiales conductores, semiconductores y aislantes:

SUSTANCIA RESISTIVIDAD (OHM M)

Conductores

Plata 1.47 x 10-8

Cobre 1.72 x 10-8

Oro 2.44 x 10-8

Aluminio 2.75 x 10-8

Tungsteno 5.25 x 10-8

Platino 10.6 x 10-8

Acero 20 x 10-8

Plomo 22 x 10-8

Mercurio 95 x 10-8

Manganina 44 x 10-8

Constantán 49 x 10-8

Nicromo 100 x 10-8

Semiconductores

Carbono puro (grafito) 3.5 x 10-5

Germanio puro 0.60

Silicio puro 2300

Aislantes

Ámbar 5 x 1014

Vidrio 1010 - 1014

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Lucita > 1013

Mica 1011 -1015

Cuarzo (fundido) 75 x 1016

Azufre 1015

Teflón > 1013

Madera 108 -1011

Conductividad.La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él. Varía con la temperatura. Es una de las características más importantes de los materiales.Tabla de conductividad de los materiales.

SUSTANCIA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA (S·m-1)

MetalesPlata 6,30 × 107

Cobre 5,96 × 107

Cobre Recocido 5,80 × 107

Oro 4,55 × 107

Aluminio 3,78 × 107

Tungsteno 1,82 × 107

Hierro 1,53 × 107

SemiconductoresCarbono 2,80 × 104

Germanio 2,20 × 10-2

Silicio 1,60 × 10-5

AislantesVidrio 10-10 a 10-14

Lucita < 10-13

Mica 10-11 a 10-15

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Teflón < 10-13

Cuarzo 1,33 × 10-18

Parafina 3,37 × 10-17

26. Interruptor termomagnético

Los interruptores de protección termomagnético están equipados con mecanismos de disparo: la pieza dependiente de la temperatura del mecanismo está compuesta por un bimetal con un arrollamiento de calefacción. Corrientes que superan la corriente nominal del módulo de protección, generan calor en el alambre caliente. El bimetal se curva y reacciona sobre el mecanismo de conexión hasta que se desconecta. La reacción a corrientes de sobrecarga se retrasa.

El mecanismo de disparo magnético está compuesto por una bobina magnética y armadura rebatible o sumergible. Corrientes que superan la corriente nominal del módulo de protección, generan un campo magnético en la bobina. Con la corriente se refuerza el campo magnético y atrae la armadura. Cuando se alcanza el valor límite predeterminado la armadura acciona el mecanismo de disparo y desconecta de este modo el módulo de protección. La reacción a corrientes de cortocircuito y altas corrientes de sobrecarga ocurre en un periodo entre tres a cinco milisegundos.

Corrientes nominales y resistencias interiores

Corriente nominal (A)

Resistencia interna (Ω)

Corriente nominal (A)

Resistencia interna (Ω)

0,5 5,0 6 0,051 1,1 8 ≤ 0,022 0,3 10 ≤ 0,023 0,14 12 ≤ 0,024 0,09 15 ≤ 0,025 0,06 16 ≤ 0,02

Construcción

Leyenda:1. Armadura de bobinas2. Bobina magnética

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3. a) Bimetal con elemento de calefacción enrollado atravesado por una corriente de hasta 5 Ab) Bimetal, atravesado directamente por la corriente a partir de 6 A

4. Mecanismo disparador5. Palanca de mando ON/OFF6. Contacto de conmutación7. Barra de conexión8. Ajuste de la tensión inicial

Diagrama de contactos de función

Leyenda:

1. Power in2. Power out11. Common12. Normally closed (NC)14. Normally open (NO)Esquema funcional de un interruptor de protección de dispositivos

termomagnético:

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Curva característica de disparo

Interruptores de protección de dispositivos están disponibles con tres curvas características diferentes. De este modo son adecuados para diferentes requisitos. En la curva característica típica están representadas cada una de las áreas y funciones.

Leyenda:a = área de trabajo disparo térmico b = área de trabajo disparo magnético t = tiempo de conmutación (en segundos)xl = múltiplo de la corriente nominal /factor de disparo1 = rango de corriente, para la curva característica rige2 = rango de disparo DC (gris)3 = rango de disparo AC (azul)4 = máximo de disparo5 = mínimo de disparo

La curva característica muestra que el disparo térmico [a] reacciona visiblemente más tarde que el magnético [b]. La base es el periodo de calentamiento del mecanismo de disparo en función de la temperatura. Pero también pequeñas corrientes, que fluyen durante un largo periodo de tiempo, se consideran corrientes de sobrecarga y se desconectan. El disparo magnético reacciona en pocos segundos ante corrientes que aumentan rápidamente, y que superan la corriente nominal.

Las corrientes alternas se generan en caso de valores nominales iguales más rápido que las corrientes continuas. Esto está representado mediante la zona azul de la curva. En principio este comportamiento es válido para todas las curvas características. Esto solo tiene aplicación práctica si se utilizan interruptores de protección con curva característica M1. Los interruptores de protección con SFB o curva característica F1 también se disparan tan rápido también con corriente continua que durante el funcionamiento con corriente alterna reaccionan de manera demasiado sensible. Por este motivo las áreas de disparo para corrientes alternas no están representadas en las curvas características SFB y F1.

Curva característica SFB

Los interruptores de protección con la curva característica de disparo SFB proporcionan una protección contra sobre corriente máxima, también en instalaciones prolongadas con largas vías de cable.

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Los módulos de protección con esta curva característica evitan una desconexión innecesariamente temprana en caso de subidas de corriente durante un breve tiempo condicionado por el funcionamiento. Al mismo tiempo evitan las sobrecargas de corrientes continuas que pueden provocar un desarrollo de calor peligroso en los materiales de servicio.

Curva característica M1

Los interruptores de protección con curva característica M1 se disparan más tarde que los que tienen curva característica SFB o F1. Soportan corrientes de arranque durante un periodo más alargado de tiempo, pero son lentos al reaccionar en situaciones de avería. Los accionamientos bloqueados por error pueden resultar gravemente dañados debido a la corriente de sobrecarga que esto conlleva.

Comparada con la curva característica de la corriente continua, la curva característica para corrientes alternantes está tirada ligeramente hacia arriba sobre el eje de la corriente nominal múltiple. Las corrientes alternas provocan la activación del interruptor de protección ya con una pequeña multiplicación de la corriente nominal.

Leyenda:Curva característica gris: rango de disparo para corrientes continuasCurva característica azul: rango de disparo para corrientes alternas

Curva característica F1

Estos interruptores no son adecuados para proteger accionamientos, que provocan corrientes de arranque temporales que están por encima de la corriente nominal. Los interruptores de protección con curva característica F1 se activan rápidamente en situaciones de sobrecarga. En funcionamiento esto puede provocar desconexiones innecesarias.

Los equipos terminales que pueden resultar dañados con sobrecargas breves y corrientes de servicio poco elevados, están bien protegidos con estos interruptores de protección.

27.Tipos de potencias.

Del mayor o menor retraso o adelanto que provoque un equipo eléctrico cualquiera en la corriente (I) que fluye por un circuito, en relación con el voltaje o tensión (V), así será el factor de potencia o Cos que tenga dicho equipo.

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En un circuito eléctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos de potencias eléctricas diferentes:

Potencia activa (P) (resistiva) Potencia reactiva (Q) (inductiva) Potencia aparente (S) (total)Potencia activa o resistiva (P)Cuando conectamos una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito de corriente alterna, el trabajo útil que genera dicha carga determinará la potencia activa que tendrá que proporcionar la fuente de fuerza electromotriz (FEM). La potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medida es el watt (W). Los múltiplos más utilizados del watt son: el kilowatt (kW) y el megawatt (MW) y los submúltiplos, el miliwatt (mW) y el microwatt (W).La fórmula matemática para hallar la potencia activa que consume un equipo eléctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito monofásico de corriente alterna es la siguiente:

De donde:P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W)I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A)Cos = Valor del factor de potencia o coseno de “fi”

(En los dispositivos que poseen solamente carga resistiva, el factor de potencia es siempre igual a “1”, mientras que en los que poseen carga inductiva ese valor será siempre menor de “1”).

Potencia reactiva o inductiva (Q)

Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que tienen conectadas cargas reactivas, como pueden ser motores, transformadores de voltaje y cualquier otro dispositivo similar que posea bobinas o enrollados. Esos dispositivos no sólo consumen la potencia activa que suministra la fuente de FEM, sino también potencia reactiva.

La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de

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potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. La unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR).

La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es la siguiente:

De donde:Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR)S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W)

Potencia aparente o total (S)

La potencia aparente (S), llamada también "potencia total", es el resultado de la suma geométrica de las potencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra una planta eléctrica cuando se encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de carga conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito eléctrico es potencia activa (P).

La potencia aparente se representa con la letra “S” y su unidad de medida es el volt-ampere (VA). La fórmula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente:

De donde:S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)V = Voltaje de la corriente, expresado en voltI = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A)

La potencia activa, por ejemplo, es la que proporciona realmente el eje de un motor eléctrico cuando le está transmitiendo su fuerza a otro dispositivo mecánico para hacerlo funcionar.

Midamos en ese caso con un voltímetro la tensión o voltaje (V) que llega hasta los bornes del motor y seguidamente, por medio de un amperímetro, la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por el circuito eléctrico de ese motor. A

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continuación multipliquemos las cifras de los dos valores obtenidos y el resultado de la operación será el valor de la potencia aparente (S), expresada en volt-ampere (VA) que desarrolla dicho motor y no precisamente su potencia activa (P) en watt (W).

La cifra que se obtiene de la operación matemática de hallar el valor de la potencia aparente (S) que desarrolla un dispositivo será siempre superior a la que corresponde a la potencia activa (P), porque al realizar esa operación matemática no se está tomando en cuenta el valor del factor de potencia o coseno de “fi” (Cos ).

28.Motores de corriente continua.

Antes de enumerar los diferentes tipos de motores, conviene aclarar un concepto básico que debe conocerse de un motor: el concepto de funcionamiento con carga y funcionamiento en vacío.

Un motor funciona con carga cuando está arrastrando cualquier objeto o soportando cualquier resistencia externa (la carga) que le obliga a absorber energía mecánica. Así pues, en este caso, el par resistente se debe a factores internos y externos. Por ejemplo: una batidora encuentra resistencia cuando bate mayonesa; el motor de una grúa soporta las cargas que eleva, el propio cable, los elementos mecánicos propios de la grúa,...; un motor de un coche eléctrico soporta numerosas cargas: el peso de los pasajeros, el peso del propio vehículo, la resistencia que ofrece la superficie del terreno.

Un motor funciona en vacío, cuando el motor no está arrastrando ningún objeto, ni soportando ninguna resistencia externa. El eje está girando libremente y no está conectado a nada. En este caso, el par resistente se debe únicamente a factores internos.

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma de conexión de las bobinas inductoras e inducidas entre sí.

1. Motor de excitación independiente2. Motor en serie3. Motor en derivación o motor Shunt4. Motor Compound

El motor de excitación independiente es tal que el inductor y el inducido se alimentan de dos fuentes de energía independientes.

El motor serie es tal que los devanados del inductor y del inducido se encuentran en serie.

El motor Shunt dispone los devanados inductor e inducido en paralelo.

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El motor Compound consta de dos devanados inductores, uno está en serie con el devanado inducido y el otro en paralelo.

Para conocer las características y posibles aplicaciones de cualquiera de estos motores, deben fijarse cada uno de estos parámetros:

Evolución del régimen de giro (en rpm): es decir, cómo varía la velocidad de giro en diferentes circunstancias.

Potencia eléctrica absorbida por el motor (en kW): da cuenta del consumo de energía.

Par motor (en kgf.m): da cuenta de la capacidad de arrastre del motor. Rendimiento: da cuenta de las pérdidas de energía del motor.

A. Motor serie Como se comentó antes, en este tipo de motores las bobinas inductoras y las inducidas están conectadas en serie. La conexión forma un circuito en serie en el que la intensidad absorbida por el motor al conectarlo a la red (también llamada corriente de carga) es la misma, tanto para la bobina conductora (del estator) como para la bobina inducida (del rotor). (Iinducido=Iexc).

El motor serie es tal que: 1. Puede desarrollar un elevador par-motor de arranque, es decir, justo al

arrancar, el par motor es elevado. 2. Si disminuye la carga del motor, disminuye la intensidad de corriente

absorbida y el motor aumenta su velocidad. Esto puede ser peligroso. En vacío el motor es inestable, pues la velocidad aumenta bruscamente.

3. Sus bobinas tienen pocas espiras, pero de gran sección.

Usos: Tiene aplicaciones en aquellos casos en los que se requiera un elevado par de arranque a pequeñas velocidades y un par reducido a grandes velocidades. El motor debe tener carga si está en marcha. Ejemplos: tranvías, locomotoras, trolebuses,... Una taladro no podría tener un motor serie, ¿Por qué? Pues porque al terminar de efectuar el orificio en la pieza, la máquina quedaría en vacío (sin carga) y la velocidad en la broca aumentaría tanto que llegaría a ser peligrosa la máquina para el usuario.

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Fig. Representación esquemática y simbólica de un motor serie:

B. Motor shunt o de derivación en paralelo Las bobinas inductoras van conectadas en paralelo (derivación) con las inducidas. De este modo, de toda la corriente absorbida (Iabsorbida) por el motor, una parte (Ii) circula por las bobinas inducidas y la otra (Iexc) por la inductoras. El circuito de excitación (inductor) está a la misma tensión que el inductor. Las características de este motor son:

1. En el arranque, par motor es menor que en el motor serie.

2. Si la Intensidad de corriente absorbida disminuye y el motor está en vacío. La velocidad de giro nominal apenas varía. Es más estable que en el circuito serie.

3. Cuando el par motor aumenta, la velocidad de giro apenas disminuye.

Usos: Se usan en aquellos casos en los que no se requiera un par elevado a pequeñas velocidades y no produzcan grandes cargas. Si la carga desaparece (funcionamiento en vacío), el motor varía apenas su velocidad. Conclusión: Se emplea para máquinas herramientas, por ejemplo, un taladro.

Fig. Representación esquemática y simbólica de un motor shunt:

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C. Motor compound En este caso, se puede decir que el motor es una combinación del motor serie y el motor shunt, puesto que una de las bobinas inductoras está en serie con el inducido, mientras que la otra está en paralelo con él.

Una parte de la intensidad de corriente absorbida circula por las bobinas inducidas (Ii) y, por ende, por una de las inductoras; mientras que el resto de la corriente (I exc) recorre la otra bobina inductoras.

Se caracteriza por tener un elevado par de arranque, pero no corre el peligro de ser inestable cuando trabaja en vacío, como ocurre con el motor serie, aunque puede llegar a alcanzar un número de revoluciones muy alto.

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Fig. Representación esquemática y simbólica de un motor compound:

Rendimiento de un motor de corriente continua

Como hemos definido en temas anteriores, el rendimiento de un motor se define como:

n= PotenciautilPotencia absorbida

=Pu

Pab=

Pab−P per

Pab=1−

Pper

Pab

La potencia útil es siempre menor que la potencia absorbida, donde Pper es la potencia debida a las pérdidas en forma de calor.

La potencia debida a las pérdidas por efecto Joule, también llamadas pérdidas en el cobre, son:

PCu=I2 RDonde I es la intensidad de la corriente que recorre los devanados (Amperios), R es la resistencia eléctrica de los conductores (en Ohmios) La potencia absorbida

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(Pab) es de origen eléctrico en un motor, mientras que la potencia útil es mecánica, puesto que es la forma de energía que entrega el motor.

Estructura de un motor

Rendimiento de potencias de un motor de corriente continua

Tomamos una máquina de excitación en derivación (Shunt), cuyos devanados inducidos e inductor están en paralelo. Sea U la tensión aplicadas en los bornes del motor. Sea Rexc la resistencia eléctrica que ofrece el devanado inductor al paso de la

corriente Iexc. Sea Ii la intensidad de la corriente que recorre el devanado inducido. Vamos a definir un concepto nuevo: la fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.) o E', medida en voltios.

PERO RECUERDA ANTES: la ley de inducción electromagnética nos indica que si un conductor se mueve en un campo magnético, cortando las líneas de campo se genera una f.e.m. inducida (E) que se mide en voltios.

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El devanado inducido se mueve con el rotor y es recorrido por una corriente eléctrica, por lo que se dan las condiciones de la ley de inducción, pues este devanado corta las líneas de campo que se crearon gracias al inductor.

Luego, en el inducido se genera una fem inducida que a su vez provoca una corriente eléctrica ¡pues bien! Esa corriente inducida circula en sentido contrario a la corriente que ya estaba establecida en el rotor, de ahí el término contralectromotriz. La fuerza contraelectromotriz, sólo aparece en el devanado inducido ¡no lo olvides!

NOTA PARA RECORDAR: Al circuito cerrado del devanado inductor se le llama también circuito de excitación, por eso a la corriente que recorre el circuito de excitación se le denota Iexc.

Definamos las distintas formas de potencia que encontramos en el motor.

1. Pabs.: potencia eléctrica que absorbe el motor, también llamada potencia de entrada. Es la potencia que desarrollaría el motor si no existiese ningún tipo de pérdidas, es decir, la potencia de consumo.

Pabs = U·Iabsdonde U = tensión aplicadas en bornes del motor. Iabs = es la intensidad de la corriente de línea o de la corriente de entrada.En un motor de excitación en...– Derivación (Shunt): Iabs = Iexc + Ii => Pabs = U·Iabs = U· (Iexc + Ii)– Serie: Iabs = Iexc = Ii => Pabs = U· Iabs = U·Iexc= U·Ii

2. Pu: Potencia útil, es la potencia disponible para realizar trabajo. Es trabajo mecánico.

Pu = Mu *ωsiendo Mu el par motor (en N·m) ω la velocidad angular del motor (en rad/s)

3. PCu: Potencia perdida en el cobre. Representa a las pérdidas que transcurren en ambos devanados (inductor e inducido) debido al efecto Joule. – Derivación: PCu = I2 exc·Rexc + I2 i·Ri – Serie: PCu = I2 abs· (Rexc + Ri)

4. Pfe: Potencia perdida en el hierro. Son pérdidas de tipo magnético. 5. Pm: Potencia perdida mecánica. Debido a rozamientos, principalmente entre

los elementos mecánicos.6. Pei: Potencia eléctrica interna. Debida a la potencia que queda al restar a la

potencia absorbida la potencia debida a las pérdidas en el Cobre (PCu).

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Pei = Pabs – PCu (*)Pei = E'·Iabs (en el motor serie)

Pei = E'·Ii (en el motor derivación)7. Pp: Potencia pérdida total (la suma de las pérdidas en el cobre, en el hierro y

las mecánicas) Pp = PCu + Pfe + Pm (**)

La potencia absorbida será igual a la suma de la potencia útil más la potencia perdida

Pabs = Pu + PpSustituyendo en (*)

Pei = (Pu + Pp) - PCu y recurriendo a la expresión (**) = (Pu + PCu + Pfe + Pm) – PCudespejando Pu

Pu = Pei - (Pfe + Pm)

29.Diferencias del transformador tipo poste y tipo pedestal.

Transformador tipo POSTE Capacidad (KVA): 10, 15, 25, 37.5, 50, 75, 100 Voltaje Primario (V): 13200 (13200YT/7620), 23000 (22860YT/13200) y

33000 (33000YT/19050) Voltaje Secundario (V): 120/240 Tipo de Enfriamiento: Estándar (65ºC) o Tipo Costa-Cálido (55ºC) Conexión Primaria: Monofásica para 1 hilo (unicornio YT) o monofásica para

2 hilos. Conexión Secundaria: Paralelo o Serie (3 hilos) Normas: NRF-025-CFE (antes Norma K de CFE), NMX-J-116/ANCE.

Los transformadores tipo poste monofásico los distribuimos en marca PROLEC, IG IRAPUATO, COOPER EMSA y RTE

Los transformadores monofásicos tipo poste se utilizan en redes eléctricas de distribución aérea públicas o privadas.

Modelos disponibles: Transformador Convencional (sin elementos de protección) y Transformador Autoprotegido.

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Cada tipo de transformador puede conectarse a 1 o 2 líneas de alta tensión (favor especificar). En su mayoría, estos transformadores pasan a ser propiedad de CFE. Para esto, deben cumplir con las normas NRF-025-CFE.

Transformador Convencional:

Se conecta a 1 línea de alta tensión (tipo unicornio YT) o a 2 líneas de alta tensión (favor especificar). No incluye elementos de protección adicionales.

Transformador Autoprotegido:

Puede conectarse a 1 línea de alta tensión (tipo unicornio YT) o a 2 líneas de alta tensión (favor especificar). Incluye elementos de protección adicionales.

Aplicaciones

Fraccionamientos residenciales. Urbanizaciones y sistemas de alumbrado público. Zonas rurales. Económicos. Rápida instalación. Poco mantenimiento requerido. Aprobados y certificados ante CFE y LAPEM. Tapa del tanque segura y hermética. Diseños aprobados para resistir esfuerzos de cortocircuito. Confiabilidad.

Normas de fabricación

NOM-002-SEDE, NMX-J-116-ANCE, NMX-J-123-ANCE, NMX-J-169-ANCE, NRF-025-CFE (antes normas K de CFE).

Tipo estándar con sobre-elevación de temperatura de 65ºC. Tipo costa (clima cálido) con sobre-elevación de temperatura de 55ºC. Tanque resistente a la corrosión. Cambiador de derivaciones para operación exterior. Garantía: 12 a 72 meses contra defectos de fabricación (depende de cada

fabricante).

Características especiales de los transformadores autoprotegidos

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Incluyen apartarrayos y fusibles de expulsión para protección de sobretensiones transitorias ocasionadas por maniobras de operación o por apertura/cierre del circuito eléctrico o sobretensiones inducidas por descargas atmosféricas. Interruptor termomagnético incluido para protección por sobrecargas severas (cortocircuito) derivadas de fallas en el circuito secundario.

Cortocircuito.** Impulso por rayo normalizado.** Elevación de temperatura de los devanados.** Relación de transformación y polaridad. Resistencia óhmica de los devanados. Resistencia de los aislamientos. Factor de potencia. Pérdidas en vacío y corriente de excitación. Pérdidas debidas a la carga e impedancia. Potencial aplicado. Hermeticidad. Potencial inducido.

** Pruebas prototipo aplicable a transformadores fabricados bajo normas de CFE.

Transformador tipo pedestal Capacidad (KVA): 25, 37.5, 50, 75, 100. Voltaje Primario (V): 13200, 13200YT/7620, 23000, 22860YT/13200,

33000YT (19050). Voltaje Secundario (V): 120/240. Conexión Primaria: Monofásica para 1 o 2 hilos. Conexión Secundaria: Paralelo o Serie de 3 hilos. Opciones Disponibles: Operación anillo (obligatoria bajo las normas K de

CFE) u operación radial. lnterruptor termomagnético (breaker) opcional para protección del devanado secundario. Tanque de acero al carbón o de acero inoxidable.

Tipos de Enfriamiento: Estándar (65ºC) o Tipo Costa-Cálido (55ºC). Normas: NOM-002-SEDE, NMX-J-285-ANCE, NMX-J-123-ANCE, NMX-J-169-

ANCE, CFE-K0000-04.

Los transformadores tipo pedestal monofásico los distribuimos en marca PROLEC, IG IRAPUATO, COOPER EMSA, IUSA, CONTINENTAL ELECTRIC y RTE. Los transformadores monofásicos tipo pedestal se utilizan en redes eléctricas de

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distribución subterránea y se instalan a la intemperie. Estos transformadores son seguros, compactos, estéticos e incluyen diversos elementos de protección para aseguramiento del equipo y de las redes eléctricas. En la mayoría de los casos, su uso es residencial (fraccionamientos) y pasarán a ser propiedad de CFE. Para ello, deben cumplir con las normas CFE K-0000-04.

Aplicaciones:

Optimización de la confiabilidad, seguridad y la estética en:

Fraccionamientos residenciales. Desarrollos turísticos. Centros comerciales. Centros recreativos. Hoteles.

Ventajas

Mayor seguridad. El índice de fallas disminuye al máximo. Mayor plusvalía para la propiedad. Eliminación de contaminación visual. Facilidad de acceso.

Características Básicas

Normas de fabricación: NOM-002-SEDE, NMX-J-285-ANCE, NMX-J-123-ANCE, NMX-J-169-ANCE, CFE-K0000-04.

55º C de elevación de temperatura con capacidad térmica de los aislamientos de 65ºC.

Interruptores térmico o termomagnético opcionales. Cambiador de derivaciones de operación exterior opcional. Frente muerto. Boquillas de media tensión tipo pozo. Boquillas de baja tensión tipo espada o tipo muelle. Fusible de expulsión conectado en serie con un fusible limitador de corriente. Indicador de falla opcional. Gabinete cerrado. Cerradura con provisión para candado. Tapa del tanque soldada. Mantenimiento mínimo por contaminación. Tanque de acero al carbón o acero inoxidable.

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Garantía: 12 a 72 meses contra defectos de fabricación (depende de cada fabricante).

Características de los Accesorios Incluidos

Cambiador de derivaciones de operación externa sin carga. Bisagras de acero inoxidable. Boquillas de media y baja tensión desmontables. Empaques de material elastomérico compatibles con el líquido aislante. Tapón combinado para drenaje o muestreo. Recubrimiento anticorrosivo para la base: alquitrán de hulla.

Pruebas Aplicables

Cortocircuito.** Impulso por rayo normalizado.** Elevación de temperatura de los devanados.** Relación de transformación y polaridad. Resistencia óhmica de los devanados. Resistencia de los aislamientos. Factor de potencia. Resistencia de anillos (contactos). Pérdidas en vacío y corriente de excitación. Pérdidas debidas a la carga e impedancia. Potencial aplicado. Potencial inducido.

** Pruebas prototipo.

30.¿Qué es r.m.s. y para qué se usa?

Un valor en RMS de una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que una corriente continua de la misma magnitud. En otras palabras: El valor RMS es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directaEjemplo:1 amperio (ampere) de corriente alterna (c.a.) produce el mismo efecto térmico que un amperio (ampere) de corriente directa (c.d.) Por esta razón se utiliza el término “efectivo”

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El valor efectivo (Valor RMS = Valor eficaz = Valor efectivo) de una onda alterna se obtiene multiplicando su valor máximo por 0.707.Entonces VRMS = VPICO x 0.707Ejemplo: Encontrar el voltaje RMS de una señal con VPICO = 130 voltios130 Voltios x 0.707 = 91.9 Voltios RMS

Valor PicoSi se tiene un voltaje RMS y se desea encontrar el voltaje pico: VPICO = VRMS / 0.707Ejemplo: encontrar el voltaje Pico de un voltaje RMSVRMS = 120 VoltiosVPICO= 120 V / 0.707 = 169.7 Voltios Pico

Valor promedioEl valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0). Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es: VPR = VPICO x 0.636La relación que existe entre los valores RMS y promedio es: VRMS = VPR x 1.11 VPR = VRMS x 0.9

Ejemplo: Valor promedio de sinusoide = 50 Voltios, entonces:VRMS = 50 x 1.11 = 55.5 VoltiosVPICO = 50 x 1.57 Voltios = 78.5 VoltiosResumiendo en una tabla

Notas: El valor pico-pico es 2 x Valor pico.

31.Corrientes de Foucault o de Eddy

Jean Bernard Léon Foucault, un físico francés descubrió en el siglo XIX la aparición de corrientes en remolino inducidas en las piezas metálicas que se encuentran bajo la influencia de un flujo magnético variable. Estas corrientes se

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conocen también en español como corrientes parásitas o corrientes de eddy, nombre este último derivado del inglés (eddy currents), dado que la palabra "eddy" significa remolino o torbellino.

En el artículo La ley de inducción de Faraday se trató el tema de las corrientes inducidas en el movimiento de alambres dentro de un campo magnético, pero en la práctica también se pueden mover grandes piezas metálicas dentro de estos campos. El origen físico de las corrientes inducidas por movimiento en los alambres sugiere que aquí también se deben inducir tales corrientes con la diferencia de que deben estar distribuidas por todo el conductor.La figura 1 muestra las corrientes de Foucault que se producen en una placa metálica que oscila en una región limitada de un campo magnético, por ejemplo entre los polos de un imán (figura 1a). El material de la placa debe ser no ferromagnético a fin de que no sea atraído por el imán. Durante el movimiento de la placa entrando en el campo magnético el cambio en el flujo genera una f.e.m. en la placa, la que a su vez causa que los electrones libres del material se muevan produciendo las corrientes arremolinadas de Foucault.

De acuerdo a la ley de Lenz, la dirección de las corrientes debe producir un campo magnético que se opone a aquel que indujo las corrientes. Estas corrientes en círculos en el metal son equivalentes a espiras de solenoide, de modo que producen polos magnéticos efectivos en la placa que son repelidos por los polos del imán, y esto produce fuerzas repulsivas que se oponen al movimiento oscilatorio de la placa, como consecuencia la placa pronto alcanza el reposo.

En la figura 1b se han representado las direcciones de las corrientes cuando el campo magnético entra a la pantalla (representado con x). La corriente de Foucault es contraria a las manecillas del reloj cuando la placa entra al campo magnético. Como en este caso el flujo magnético que afecta la placa va en crecimiento, la ley de Lenz nos dice que la corriente inducida debe producir un flujo magnético que sale de la pantalla. En caso contrario, es decir, cuando la placa está saliendo del campo magnético en el otro extremo de la oscilación, por el mismo principio la corriente debe ser en la dirección de las manecillas del reloj. Note que el movimiento oscilatorio de la placa tiene siempre una fuerza retardadora que conduce al reposo rápido de la placa. Las fuerzas retardadoras producidas por las corrientes de Foucault son equivalentes a las fuerzas de arrastre que se producen cuando un cuerpo se mueve en un medio viscoso.

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Las corrientes de Foucault inducidas terminan disipadas en forma de calor debido a la resistividad del metal de la placa y este calor puede ser una desventaja significativa en ciertas aplicaciones en las cuales el efecto se reduce eliminando la ruta por la que puede transitar la corriente. Para hacerlo se usan dos vías en la práctica:

1.- Cortando ranuras en la placa de metal como se muestra en la figura 2.2.- Haciendo el metal en láminas separadas por un aislador eléctrico.

El método de la laminación es clásica de los núcleos de los electroimanes que funcionan con corriente variable y de los transformadores, en los cuales uno o más enrollados rodean un núcleo de hierro. Si la corriente en el enrollado cambia con el tiempo cambia también el flujo magnético en el núcleo induciendo de esta forma corrientes de Foucault en el hierro. Para evitar tales corrientes el núcleo se hace de láminas aisladas lo que impide el desarrollo de las corrientes.

No siempre las corrientes parásitas son una desventaja, y, de hecho, son deseables en ciertas situaciones. Ya decíamos arriba que las corrientes de eddy experimentan fuerzas en presencia de un campo magnético y este efecto se aprovecha en la práctica para fabricar embragues y frenos eléctricos. Una aplicación muy común aparece en los tacómetros de inducción.

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GlosarioAbrir: Desconectar en forma manual o remota una parte del equipo para impedir el paso de la corriente eléctrica.

Administración de la Operación: Planear, dirigir, supervisar y controlar conforme a reglas, normas, metodologías, políticas y lineamientos para la correcta operación del Sistema Eléctrico Nacional.

Aislante: Un material que, debido a que los electrones de sus átomos están fuertemente unidos a sus núcleos, prácticamente no permite sus desplazamientos y, por ende, el paso de la corriente eléctrica, cuando se aplica una diferencia de tensión entre dos puntos del mismo. Material no conductor que, por lo tanto, no deja pasar la electricidad.

Alimentador eléctrico: Circuito normalmente conectado a una estación receptora, que suministra energía eléctrica a uno o varios servicios directamente a varias subestaciones distribuidoras.

Alta tensión: Tensión nominal superior a 1 kV (1000 Volts)

Alternador: Generador eléctrico de corriente alterna que opera bajo el principio de inducción electromagnética por movimiento mecánico. El movimiento mecánico puede provenir de turbinas impulsadas por vapor, agua, gases calientes o algún otro medio impulsor.

Amper (∗): Unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica, cuyo símbolo es A. Se define como el número de cargas igual a 1 coulomb que pasar por un punto de un material en un segundo. (1A= 1C / s). Su nombre se debe al físico francés Andre Marie Ampere.

Área del Control: Es la entidad que tiene a su cargo el control y la operación de un conjunto de centrales generadoras, subestaciones y líneas de transmisión dentro de un área geográfica determinada por el grupo director del CENACE.

Arrancar: Conjunto de operaciones manuales o automáticas, para poner en servicio un equipo.

Arranque Negro: Es el arranque que efectúa una unidad generadora con sus recursos propios.

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Autoabastecimiento: Es la energía eléctrica destinada a la satisfacción de necesidades propias de personas físicas o morales.

Autotransformador: Transformador con sus bobinados conectados en serie. Su conexión tiene efecto en la reducción de su tamaño.

Banco de transformación: Conjunto de tres transformadores o autotransformadores, conectados entre sí para que operen de la misma forma que un transformador o autotransformador trifásico.

Barra colectora (bus): Conductor eléctrico rígido, ubicado en una subestación con la finalidad de servir como conector de dos o más circuitos eléctricos.

Bloqueo: Es el medio que impide el cambio parcial o total de la condición de operación de un dispositivo, equipo o instalación de cualquier tipo.

Bobina: Arrollamiento de un cable conductor alrededor de un cilindro sólido o hueco, con lo cual y debido a la especial geometría obtiene importantes características magnéticas.

Cable: Conductor formado por un conjunto de hilos, ya sea trenzados o torcidos.

Cableado: Circuitos interconectados de forma permanente para llevar a cabo una función específica. Suele hacer referencia al conjunto de cables utilizados para formar una red de área local.

Caída de tensión: Es la diferencia entre la tensión de transmisión y de recepción.

Calidad: Es la condición de tensión, frecuencia y forma de onda del servicio de energía eléctrica, suministrada a los usuarios de acuerdo con las normas y reglamentos aplicables.

Caloría: Unidad equivalente a 4.18 joules.

Canalización: Accesorios metálicos y no metálicos expresamente diseñados para contener y proteger contra daños mecánicos alambres, cables o barras conductoras. Protegen, asimismo, las instalaciones contra incendios por arco eléctrico producidos por corto circuito.

Capacidad: Medida de la aptitud de un generador, línea de transmisión, banco de transformación, de baterías, o capacitores para generar, transmitir o transformar la potencia eléctrica en un circuito; generalmente se expresa en MW o kW, y puede

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referirse a un solo elemento, a una central, a un sistema local o bien un sistema interconectado.

Capacidad de generación: Máxima carga que un sistema de generación puede alimentar, bajo condiciones establecidas, por un período de tiempo dado.

Capacidad de transmisión: Potencia máxima que se puede transmitir a través de una línea de transmisión; tomando en cuenta restricciones técnicas de operación como: el límite térmico, caída de tensión, límite de estabilidad en estado estable, etc.

Capacidad disponible (en un sistema): Suma de las capacidades efectivas de las unidades del sistema que se encuentra en servicio o en posibilidad de dar servicio durante el período de tiempo considerado.

Capacidad efectiva: Carga máxima que puede tomar la unidad en las condiciones que prevalecen y corresponde a la capacidad de placa corregida por efecto de degradaciones permanentes en equipos que componen a la unidad y que inhabilitan al generador para producir la potencia nominal.

Capacidad instalada: Potencia nominal o de placa de una unidad generadora, o bien se puede referir a una central, un sistema local o un sistema interconectado.

Capacidad Rodante: Es la potencia máxima que se puede obtener de las unidades generadoras sincronizadas al Sistema Eléctrico Nacional.

Capacitor: Dispositivo que almacena carga eléctrica y está formado (en su forma más sencilla) por dos placas metálicas separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Estos dispositivos se utilizan, entre otras cosas, para reducir caídas de voltaje en el sistema de distribución. También se le conoce como condensador. Ver Capacitor

Carga: Cantidad de potencia que debe ser entregada en un punto dado de un sistema eléctrico.

Carga Interrumpible: Es la carga que puede ser interrumpida total o parcialmente conforme a lo establecido en las tarifas vigentes para este efecto.

Carga promedio: Carga hipotética constante que en un período dado consumiría la misma cantidad de energía que la carga real en el mismo tiempo.

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Central generadora: Lugar y conjunto de instalaciones utilizadas para la producción de energía eléctrica. Dependiendo del medio utilizado para producir dicha energía, recibe el nombre correspondiente.

Central hidroeléctrica: Central generadora que produce energía eléctrica utilizando turbinas que aprovechan la energía potencial y cinética del agua.

Central termoeléctrica: Central generadora que produce energía eléctrica utilizando turbinas que aprovechan la energía calorífica del vapor de agua producido en calderas.

Central eólica: Central generadora que produce energía eléctrica utilizando turbinas que aprovechan la energía cinética del viento.

Central geotérmica: Central generadora que produce energía eléctrica utilizando turbinas que aprovechan la energía calorífica del vapor de agua, producido en las entrañas de la tierra.

Central maremotriz: Central generadora que produce energía eléctrica utilizando turbinas que aprovechan la energía potencial de las mareas.

Central núcleo-eléctrica: Central generadora que produce energía eléctrica utilizando turbinas que aprovechan la energía liberada por vapor de agua. El vapor es producido por el calentamiento del agua en contacto con el proceso de fisión nuclear en un reactor.

Centro Nacional de Control de Energía (CENACE): Es la entidad creada por la Comisión Federal de Electricidad para la planificación, dirección coordinación, supervisión y control del despacho y operación del Sistema Eléctrico Nacional.

Circuito: Trayecto o ruta de una corriente eléctrica, formado por conductores, que transporta energía eléctrica entre fuentes.

Conductor: Cualquier material que ofrezca mínima resistencia al paso de una corriente eléctrica. Los conductores más comunes son de cobre o de aluminio y pueden estar aislados o desnudos.

Confiabilidad: Es a habilidad del Sistema Eléctrico para mantenerse integrado y suministrar los requerimientos de energía eléctrica en cantidad y estándares de calidad, tomando en cuenta la probabilidad de ocurrencia de la contingencia sencilla más severa.

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Consumo (gasto): Cantidad de un fluido en movimiento, medido en función del tiempo; el fluido puede ser electricidad.

Consumo de energía: Potencia eléctrica utilizada por toda o por una parte de una instalación de utilización durante un período determinado de tiempo.

Consumo energético: Gasto total de energía en un proceso determinado.

Contingencia: Anormalidad en el sistema de control de una central, subestación o punto de seccionamiento alternativo instalado en el sistema de la distribución de energía eléctrica.

Continuidad: Es el suministro ininterrumpido del servicio de energía a los usuarios, de acuerdo a las normas y reglamentos aplicables.

Control Automático de Generación: Es el equipo que de manera automática ajusta los requerimientos de generación de un Área de Control, manteniendo sus intercambios programados más la respuesta natural del Área ante variaciones de frecuencia.

Control remoto: Control a distancia por medio de señal eléctrica, mecánica, neumática o combinación de éstas.

Conversión de la energía eléctrica: Cambio o transformación de parámetros y de la energía eléctrica a través de uno o varios dispositivos.

Corriente: Movimiento de electricidad por un conductor.// Es el flujo de electrones a través de un conductor. Su intensidad se mide en Amperes (A).

Cortocircuito: Conexión accidental o voluntaria de dos bornes a diferentes potenciales. Lo que provoca un aumento de la intensidad de corriente que pasa por ese punto, pudiendo generar un incendio o daño a la instalación eléctrica.

Cuchilla: Es el instrumento compuesto de un contacto móvil o navaja y de un contacto fijo o recibidor. La función de las cuchillas consiste en seccionar, conectar o desconectar circuitos eléctricos sin carga por medio de una pértiga o por medio de un motor.

Cuchillas de Apertura con Carga: Son las que están diseñadas para interrumpir corrientes de carga hasta valores nominales.

Cuchillas de Puesta a Tierra: Son las que sirven para conectar a tierra un equipo.

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Degradación: Se dice que una unidad esta degradada cuando por alguna causa no puede genera la capacidad efectiva.

Demanda eléctrica: Requerimiento instantáneo a un sistema eléctrico de potencia, normalmente expresado en megawatts (MW) o kilowatts (kW).

Demanda máxima bruta: Demanda máxima de un sistema eléctrico incluyendo los usos propios de las centrales.

Demanda máxima neta: Demanda máxima bruta menos los usos propios.

Demanda promedio: Demanda de un sistema eléctrico o cualquiera de sus partes calculada dividiendo el consumo de energía en kWh entre el número de unidades de tiempo de intervalo en que se midió dicho consumo.

Despachabilidad: Característica operativa de una unidad de generación de modificar su generación o de conectarse o desconectarse a requerimiento del CENACE.

Despacho Carga: Es la asignación del nivel de generación de las unidades generadoras, tanto propias como de permisionarios y compañías extranjeras con quienes hubiere celebrado convenios para la adquisición de energía eléctrica, considerando los flujos de potencia en líneas de transmisión, subestaciones y equipo.

Diferencia de potencial: Tensión entre dos puntos. Es la responsable de que circule corriente por el conductor, para que funcionen los receptores a los que está conectada la línea.

Disparo: Apertura automática de un dispositivo por funcionamiento de la protección para desconectar uno o varios elementos de un circuito, subestación o sistema.

Disparo de carga: Procedimiento para desconectar, en forma deliberada, carga del sistema como respuesta o una pérdida de generación y con el propósito de mantener su frecuencia en su valor nominal.

Disponibilidad: Característica que tienen las unidades generadoras de energía eléctrica, de producir potencia a su plena capacidad en momento preciso en que el despacho de carga se lo demande.

Distribución: Es la conducción de energía eléctrica desde los puntos de entrega de la transmisión hasta los puntos de suministro a los Usuarios.

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Efecto Aguas Abajo: Daños o beneficios que pudiera ocasionar la transferencia de volúmenes de agua a una sección posterior a la presa, considerando el sentido del río.

Efecto Joule: Calentamiento del conductor al paso de la corriente eléctrica por el mismo. El valor producido en una resistencia eléctrica es directamente proporcional a la intensidad, a la diferencia de potencial y al tiempo.

Emergencia: Condición operativa de algún elemento, de un sistema eléctrico considerada de alto riesgo y que pudiera degenerar en un accidente de disturbio.

Energía: La energía es la capacidad de los cuerpos o conjunto de éstos para efectuar un trabajo. Todo cuerpo material que pasa de un estado a otro produce fenómenos físicos que no son otra cosa que manifestaciones de alguna transformación de la energía. //Capacidad de un cuerpo o sistema para realizar un trabajo. La energía eléctrica se mide en kilowatt-hora (kWh).

Energía atómica o nuclear: La que mantiene unidas las partículas en el núcleo de cada átomo. Al unirse dos átomos ligeros para formar uno mayor se llama fusión; al partirse un átomo en dos o más fragmentos se llama fisión, al realizarse cualquiera de estos procesos se libera energía calorífica y radiante.

Energía eólica: La energía cinética que se aprovecha por el movimiento del aire al accionar unas aspas fijas o móviles la cual se transforma en mecánica y acoplada a un turbogenerador se transforma en energía eléctrica; su aprovechamiento va en función de la velocidad del viento y de la tecnología del aerogenerador.

Energía geotérmica: Es la energía calorífica proveniente del núcleo de la tierra, la cual se desplaza hacia arriba en el magma que fluye a través de las fisuras en las rocas sólidas y semisólidas del interior de la tierra; la cual se utiliza para generar energía mecánica y eléctrica.

Energía hidráulica: Es la energía potencia del agua de los ríos y lagos que se aprovecha en una caída de agua, por diferencia de altura en una presa o por el paso de ésta, la cual se transforma en energía mecánica por el paso del agua por una rueda hidráulica o turbina acoplada a un turbogenerador que la transforma en energía eléctrica.

Energía maremotriz: Es la que aprovecha el flujo y reflujo de la marea en un lugar adecuado, por ejemplo una bahía y permite utilizar la energía cinética del agua para transformarla en energía mecánica y eléctrica.

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Energía necesaria bruta: Energía que se requiere para satisfacer la demanda de un sistema eléctrico, incluyendo los usos propios de la central.

Energía neta: Energía necesaria bruta menos la energía de los usos propios de la central.

Energía química: Es la que se obtiene de la reacción química que se logra por el flujo de electrones entre dos polos de diferente polaridad colocados dentro de un electrolito; por ejemplo una pila.

Energía radiante: Es la energía que se tiene por el movimiento vibratorio que produce las ondas magnéticas, lumínicas o del sonido; tales como rayos gama, equis y ultravioletas, rayos luminosos e infrarrojos; ondas hertizianas.

Energía solar: Energía producida por el efecto del calor o radiación del sol. Esta radiación se utiliza para excitar celdas fotovoltáicas que producen electricidad.

Energía térmica: Es la energía que se obtiene del poder calórico de la combustión de diferentes combustibles la cual convierte agua en vapor que se conduce a una turbina acoplada a un generador que produce energía eléctrica. Estas unidades emplean como combustible el gas, carbón combustóleo, diesel y bagazo de caña.

Energizar: Permitir que el equipo adquiera potencial eléctrico.

Equipo: Dispositivo que realiza una función específica utilizando como una parte de o en conexión con una instalación eléctrica, para la operación.

Equipo Disponible: Es el que no está afectado por alguna licencia y que puede ponerse en operación en cualquier momento.

Equipo Vivo: Es el que está energizado.

Equipo Muerto: Es el que no está energizado.

Equipo Librado: Es aquel en que se ejerció la acción de librar.

Estabilidad: Es la condición en la cual el Sistema Eléctrico Nacional o una parte de el permanece unida eléctricamente ante la ocurrencia de disturbios.

Estación: Es la instalación que se encuentra dentro de un espacio delimitado que tiene una o varias de las siguientes funciones: generar, transformar, recibir, transmitir y distribuir energía eléctrica.

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Factor de carga: Relación entre el consumo en un período de tiempo especificado y el consumo que resultaría de considerar la demanda máxima de forma continua en ese mismo período.

Factor de demanda: Relación entre la demanda máxima registrada y la carga total conectada al sistema. //Relación entre la potencia máxima absorbida por un conjunto de instalaciones durante un intervalo de tiempo determinado y la potencia instalada de este conjunto.

Factor de operación: Relación entre el número de horas de operación de una unidad o central entre el número total de horas en el período de referencia.

Factor de potencia: Coseno de ángulo formado por el desfasamiento existente entre la tensión y la corriente en un circuito eléctrico alterno; representa el factor de utilización de la potencia eléctrica entre la potencia aparente o de placa con la potencia real.

Frecuencia: Número de veces que la señal alterna se repite en un segundo. Su unidad de medida es el hertz (Hz).

Fuentes Alternas de Energía: Otras fuentes de energía en su forma natural, tales como la eólica, solar, biomasa y mareomotriz.

Fusible: Aparato de protección contra cortocircuitos que, en caso de circular una corriente mayor de la nominal, interrumpe el paso de la misma.

Gabinete de media tensión: Envolvente diseñada para proteger y soportar equipo que alimenta transformadores o servicios de media tensión. Son de tipo modular.

Gabinete de baja tensión: Envolvente diseñada para proteger y soportar en su interior fusibles limitadores de corriente y demás equipo de baja tensión.

Generación de energía eléctrica: Producción de energía eléctrica por el consumo de alguna otra forma de energía.

Generador: Es el dispositivo electromagnético por medio del cual se convierte la energía mecánica en energía eléctrica.

Generadores: Son todas aquellas unidades destinadas a la producción de energía eléctrica.

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Giga Watt (∗): Múltiplo de la potencia activa, que equivale a mil millones de watts y cuyo símbolo es GW.

Grasas conductoras: Compuestos grasos que permiten disminuir la resistencia de contacto, se utilizan en empalmes de barras, y en contactos móviles que operan bajo tensión.

Gasas siliconadas: Compuestos grasos empleados para aumentar la conductividad térmica entre dos elementos.

Hertz Hz (∗): Un hertz es la unidad de la frecuencia en las corrientes alternas y en la teoría de las ondas. Es igual a una vibración o a un ciclo por segundo.

Incandescencia: Sistema en el que la luz se genera como consecuencia del paso de una corriente eléctrica a través de un filamento conductor.

Inducción: La inducción electromagnética es la producción de una diferencia de potencia eléctrica (o voltaje) a lo largo de un conductor situado en un campo magnético cambiante. Es la causa fundamental del funcionamiento de los generadores, motores eléctricos y la mayoría de las demás máquinas eléctricas.

Instalación: Es la infraestructura creada por el Sector Eléctrico, para la generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica, así como la de los permisionarios que se interconectan con el sistema.

Interconexión: Es la conexión eléctrica entre dos áreas de control o entre instalación de un Permisionario y un Área de Control.

Interruptor: Dispositivo electromecánico que abre o cierra circuitos eléctricos y tiene la capacidad de realizarlo en condiciones de corriente nominal o en caso extremo de corto circuito; su apertura y cierre puede ser de forma automática o manual.

Joule: Es la unidad de energía que se utiliza para mover un kilogramo masa a lo largo de una distancia de un metro, aplicando una aceleración de un metro por segundo al cuadrado y su abreviatura es J.

Kilowatt (∗): Es un múltiplo de la unidad de medida de la potencia eléctrica y representa 1,000 watts; se abrevia kW.

Kilowatt-hora (∗): Unidad de energía utilizada para registrar los consumos.

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Línea de transmisión: Es el conductor físico por medio del cual se transporta energía eléctrica, a niveles de tensión alto y medio, principalmente desde los centros de generación a los centros de distribución y consumo. // Elemento de transporte de energía entre dos instalaciones del sistema eléctrico.

Maniobra: Se entenderá como lo hecho por un operador, directamente o a control remoto, para accionar algún elemento que pueda o no cambiar el esta y/o el funcionamiento de un sistema, sea el eléctrico, neumático, hidráulico o de cualquier otra índole.

Mantenimiento: Es el conjunto de actividades para conservar las obras e instalaciones en adecuado estado de funcionamiento.

Margen de Regulación Primaria: Es el rango de generación disponible en la unidad por regulación primaria.

Margen de Regulación Secundaria: Es la reserva rodante disponible para el control automático de generación.

Masa: Conjunto de partes metálicas de aparatos que en condiciones normales están aislados de las partes activas.

Megawatt (∗): Múltiplo de la potencia activa, que equivale a un millón de watts; se abrevia MW.

Metrología: Campo de los conocimientos relativos a las condiciones. Incluye los aspectos tanto teóricos como prácticos que se relacionan con las mediciones, cualquiera que sea su nivel de exactitud y en cualquier campo de la ciencia y la tecnología.

Motor eléctrico: Aparato que permite la transformación de energía eléctrica en energía mecánica, esto se logra mediante la rotación de un campo magnético alrededor de unas espiras o bobinado.

Ohm: Unidad de medida de la resistencia eléctrica. Equivale a la resistencia al paso de la electricidad que produce un material por el cual circula un flujo de corriente de un amperio, cuando está sometido a una diferencia de potencial de un Volt. Su símbolo es Ω.

Operación: Es la aplicación del conjunto organizado de técnicas y procedimientos destinados al uso y funcionamiento adecuado de elementos para cumplir con un objetivo.

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Operador: Es el trabajador cuya función principal es la de operar el equipo o sistema a su cargo y vigilar eficaz y constantemente su funcionamiento.

Parar: Es el conjunto de operaciones, anuales o automáticas mediante las cuales un equipo es llevado al reposo.

Patronificación: Contraste de los patrones de mayor exactitud con los patrones de trabajo.

Perturbación: Acción y efecto de trastornar el estado estable del sistema eléctrico.

Planta: Sinónimo de central, estación cuya función consiste en generar energía eléctrica.

Potencia: Es el trabajo o transferencia de energía realizada en la unidad de tiempo. Se mide en Watt (W).

Potencia eléctrica: Tasa de producción, transmisión o utilización de energía eléctrica, generalmente expresada en Watts.

Potencia instalada: Suma de potencias nominales de máquinas de la misma clase (generadores, transformadores, convertidores, motores) en una instalación eléctrica.

Potencia máxima: Valor máximo de la carga que puede ser mantenida durante tiempo especificado.

Potencia real: Parte de la potencia aparente que produce trabajo. Comercialmente se mide en KW.

Potencia real instalada: Ver capacidad efectiva. Producción de una central: Energía eléctrica efectivamente generada por una central durante un período determinado.

Productor Externo: Es el titular de un permiso para realizar actividades de generación de energía eléctrica en instalaciones que no son propiedad de CFE.

Productor externo de Energía (PEE): Es el titular de un Contrato Compromiso de Capacidad de Generación de Energía Eléctrica y Compraventa de Energía Eléctrica Asociada celebrado con la CFE., de conformidad con lo dispuesto en la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica y su reglamento. Producción

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Independiente: Es la generación de energía eléctrica de personas físicas o morales destinada para su venta exclusiva al suministrador a través de convenios a largo plazo.

Protección: Es el conjunto de relevadores y aparatos asociados que disparan los interruptores necesarios para separar equipo fallado, o que hacen operar otros dispositivos como válvulas, extintores y alarmas, para evitar que el daño aumente de proporciones o que se propague.

Punto de Interconexión Eléctrica: Es el punto donde se conviene la entrega de energía entre dos entidades.

Red de distribución: Es un conjunto de alimentadores interconectados y radiales que suministran a través de los alimentadores la energía a los diferentes usuarios.

Red Troncal: Dependiendo del sector se entiende: A: Medio físico primario de la red de comunicaciones. B: Conjunto de centrales generadoras, línea de transmisión y estaciones eléctricas que debido a su función y/o ubicación se consideran de importancia vital para un sistema.

Regulación Primaria: Es la respuesta automática medida en Mw. de la unidad generadora al activarse el sistema de gobierno de la misma, ante un cambio en la frecuencia eléctrica del sistema con respecto a su valor nominal.

Regulación Secundaria: Es la aportación en Mw de la unidad generadora en forma manual o automática para establecer la frecuencia eléctrica a su valor nominal de 60 Hz.

Repotenciación: Incremento de la capacidad efectiva de una unidad generadora existente.

Reserva de energía: Cantidad de generación que aún podría suministrarse después de despachar las unidades para satisfacer la curva de demanda del periodo considerado. Se calcula restando la energía necesaria de la generación posible total del sistema en el periodo bajo estudio. Se expresa en porcentaje de la energía necesaria bruta.

Reserva disponible: Capacidad excedente después de cubrir la demanda máxima considerando las unidades que realmente se encuentran disponibles, es decir, excluyendo las unidades que se encuentran fuera de servicio por salidas forzadas o planeadas.

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Reserva Fría: Es la cantidad expresada en Mw resultante de las unidades generadoras disponibles y que no se encuentran conectadas al Sistema.

Reserva instalada: Reserva de capacidad prevista para cubrir salidas forzadas y salidas planeadas de las unidades generadoras; se calcula como la diferencia entre la potencia real instalada y la demanda máxima en el periodo considerado.

Reserva Operativa: Es la reserva rodante del área más la generación que puede ser conectada a un período de tiempo determinado (10 minutos normalmente), más la carga que puede ser interrumpida dentro del mismo período de tiempo.

Reserva Rodante: Es la cantidad expresada en Mw de la diferencia entre la capacidad rodante y la demanda del Sistema Eléctrico de cada instante.

Resistencia: Cualidad de un material de oponerse al paso de una corriente eléctrica. La resistencia depende de la longitud del conductor, su material, de su sección y de la temperatura del mismo. Las unidades de la resistencia son Ω.

Restaurador: Es un dispositivo utilizado para interrumpir corrientes de falla, tiene la característica de discriminar las fallas permanentes de las instantáneas a través de apertura y recierres en forma automática, bajo una secuencia predeterminada sin necesidad del interruptor del alimentador.

Seccionador: Es un dispositivo de seccionamiento que en caso de falla en el ramal del alimentador donde se instala, abre sus contactos automáticamente, aislando así la falla, su operación está comunicada a la del interruptor o restaurador según el caso, abre sus contactos al contar la falta de potencial tres veces.

Sincronizar: Es el conjunto de acciones que deben realizarse para conectar al Sistema Eléctrico Nacional en cada instante.

Sistema de distribución: Es el conjunto de subestaciones y alimentadores de distribución, ligados eléctricamente, que se encuentran interconectados en forma radial para suministrar la energía eléctrica.

Sistema eléctrico: Instalaciones de generación, transmisión y distribución, físicamente conectadas entre sí, operando como una unidad integral, bajo control, administración y supervisión.

Sistema Eléctrico Nacional (SEN): Es el conjunto de instalaciones destinadas a la Generación Transmisión, Distribución y venta de energía eléctrica de servicio público en toda la República, estén o no interconectadas.

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Sistema Interconectado Nacional (SIN): Es la porción del Sistema Eléctrico Nacional que permanece unida eléctricamente.

Subestación: Conjunto de aparatos eléctricos localizados en un mismo lugar, y edificaciones necesarias para la conversión o transformación de energía eléctrica o para el enlace entre dos o más circuitos.

Subestación de distribución: Subestación que sirve para alimentar una red de distribución de energía eléctrica.

Subestación de transformación: Subestación que incluye transformadores.

Suministrador: Es la Comisión Federal de Electricidad o la Compañía de Luz y Fuerza del Centro.

Suministro: Es el conjunto de actos y trabajos para proporcionar energía eléctrica a cada usuario.

Tablero de control: Dentro de una subestación, son una serie de dispositivos que tienen por objeto sostener los aparatos de control, medición y protección, el bus mímico, los indicadores luminosos y las alarmas.

Tensión: Potencial eléctrico de un cuerpo. La diferencia de tensión entre dos puntos produce la circulación de corriente eléctrica cuando existe un conductor que los vincula. Se mide en Volt (V) y vulgarmente se la suele llama voltaje. La tensión de suministro en los hogares de México es de 110 V.

Transformación: Es la modificación de las características de la tensión y de la corriente eléctrica para adecuarlas a las necesidades de transmisión y distribución de la energía eléctrica.

Transformador: Dispositivo que sirve para convertir el valor de un flujo eléctrico a un valor diferente. De acuerdo con su utilización se clasifica de diferentes maneras.

Transmisión: Es la conducción de energía eléctrica desde las plantas de generación o puntos interconexión hasta los puntos de entrega para su distribución.

Turbina: Motor primario accionado por vapor, gas o agua, que convierte en movimiento giratorio la energía cinética del medio.