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Trabajo teórico sobre electrotecnia
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Universidad: Alonso de Ojeda Facultad: Ingeniería Industrial Catedra: Estadística I Sección: 412
Nombre: Damián Nava Tamburrini 26.522. Manuel Linares 26.522. Luscary Ciudad Ojeda. Abril 12, 2020
Introducción Sistemas Monofásicos y Trifásicos Potencia Trifásica Concepto de Máquinas Eléctricas Clasificación de Maquinas Eléctricas Concepto: Funcionamiento y característica de: Transformador, Maquina Eléctrica Corriente Continua, Motores, Generadores, Motores de Corriente Alterna. Alternadores. Control de las máquinas de Corriente Alterna Aplicaciones de las maquinas eléctricas en procesos industriales. Conclusión Bibliografía
Los circuitos o sistemas de corriente alterna se dividen en dos grupos principales: Monofásicos y Polifásicos. Los circuitos polifásicos son aquellos en donde existe más de una fase de energía eléctrica y se emplean para la transmisión y distribución de energía a larga distancia y en los circuitos que alimentan motores y aparatos de fuerte consumo. Pero bien, se denomina sistema monofásico, por otra parte, a aquel que se forma por una sola corriente alterna y cuyo voltaje no varía. Este sistema de producción y distribución de electricidad se compone, en definitiva, de una única fase: la corriente se traslada por un solo cable. La electricidad doméstica o residencial suele ser monofásica. A las casas llega una única señal de corriente alterna, transmitida por un cable de fase. El circuito se cierra con el retorno por un cable neutro, mientras que también se incluye un cable de tierra que funciona como un elemento de protección. Entre el cable de fase y el cable neutro existe una diferencia de potencial que en la mayoría de los países es de 220 V. Los electrodomésticos que tienen una potencia de 220 V son monofásicos. En comparación a los equipos trifásicos, consumen menos energía y resultan más económicos. Existe también el concepto de motor monofásico, en contraposición al motor trifásico. Se trata de uno que requiere un mantenimiento mucho menor y que tiene una duración mucho mayor. Por lo general se usa en aquellos aparatos que requieren niveles de potencia bajos, para los cuales un motor trifásico resultaría poco eficiente. Es importante resaltar esto último, ya que no siempre «más es mejor», en especial cuando con la opción mínima es posible llegar a satisfacer las necesidades técnicas. El motor monofásico no genera su propio campo magnético, y por esta razón es necesario activarlo por medio de un interruptor, entre otras opciones, para que comience a moverse su rotor. Una vez que esto ocurre se crea un campo magnético, el cual permite que funcione el motor.
Produce, distribuye y consume energía eléctrica formada por tres corrientes alternas monofásica de misma frecuencia, amplitud, orden determinado y poseen una diferencia de fase de 120º entre ellas. Define como sistema trifásico equilibrado. Si esto no sucede, es decir las corrientes son distintas y el desfase también, se le denomina sistema trifásico desequilibrado. En las redes eléctricas usan generadores trifásicos ya que la conexión a la red eléctrica es trifásica salvo en centrales de poca potencia. La conexión trifásica se usa principalmente en industrias en las cuales las máquinas funcionan con motores que requieren esa tensión. El sistema monofásico produce, distribuye y consume de energía eléctrica que está formado por una única corriente altera y por consiguiente todo el voltaje varia en la misma forma. El circuito funciona con 2 hilos y la corriente que circula por ellos es siempre la
utilizar 4kW en la primera fase, 1.9kW en la segunda y 1kW en la tercera y última si así lo necesita. Hasta ahora, las viviendas con una potencia trifásica debían contratar una potencia superior a la que verdaderamente necesitaban para que su Interruptor de Control de Potencia (ICP) no saltara con facilidad, dejando sin suministro el inmueble de manera constante. Esto provocaba un aumento innecesario del importe de su factura de luz. ¿Cómo reducir la potencia en una instalación trifásica? Con el contador de luz analógico, los clientes domésticos con una instalación trifásica se veían obligados a contratar una potencia superior para no sufrir continuos cortes, ya que al dividirse la potencia en tres fases, en muchos momentos esta era insuficiente. Sin embargo, actualmente, con el contador digital, los clientes con una instalación trifásica pueden bajar la potencia contratada sin el riesgo de sufrir cortes de suministro eléctrico. Esto se debe a que el contador inteligente o tele-gestionado limita la potencia de manera más eficaz y flexible. De esta manera, el consumidor notará un importante ahorro en su factura de luz, y es que podrá contratar una tarifa 2.0 o 2.1, cuyo precio es más económico.
Una máquina eléctrica es un dispositivo capaz de transformar cualquier forma de energía en energía eléctrica o viceversa, y también se incluyen en esta definición las máquinas que transforman la electricidad en la misma forma de energía pero de una forma diferente que resulta más cómoda de transportar o utilizar. Se clasifican en tres grupos principales: generadores, motores y transformadores.
Los generadores transforman la energía mecánica en energía eléctrica, mientras que los motores transforman la energía eléctrica en energía mecánica girando un eje. El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus características. Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos, normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque cuando es accionada por una corriente eléctrica produce las amperivolaciones necesarias para crear el flujo establecido en toda la máquina. Desde un punto de vista mecánico, las máquinas eléctricas pueden clasificarse en rotativas y estáticas. Las máquinas rotativas están equipadas con piezas rotativas, tales como dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no tienen partes móviles, como los transformadores. En las máquinas rotativas hay una parte fija llamada estator y una parte móvil llamada rotor. Normalmente el rotor gira dentro del estator. El espacio de aire entre los dos se llama espacio de aire. Los motores eléctricos y los generadores son el ejemplo más simple de una máquina rotativa.
Muchos dispositivos pueden convertir la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa. La estructura de estos dispositivos puede ser diferente, dependiendo de las funciones que realicen. Algunos dispositivos se utilizan para la conversión continua de energía, y se conocen como motores y generadores. Otros dispositivos pueden ser: actuadores, como solenoides, relés y electroimanes. Todos son física y estructuralmente diferentes, pero funcionan con principios similares. Un dispositivo electromecánico de conversión de potencia es esencialmente un medio de transferencia entre un lado de entrada y otro de salida. En el caso de un motor, la entrada es energía eléctrica, suministrada por una fuente de alimentación y la salida es energía mecánica enviada a la carga, que puede ser una bomba, un ventilador, etc.
Es importante conocer la clase de servicio a la que estará sometida una máquina: Servicio continuo: Corresponde a una carga constante durante un tiempo suficientemente largo como para que la temperatura llegue a estabilizarse. Servicio continuo variable: Se da en máquinas que trabajan constantemente pero en las que el régimen de carga varía de un momento a otro. Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo están separados por tiempos de reposo. Factor de marcha es la relación entre el tiempo de trabajo y la duración total del ciclo de trabajo. Servicio unihorario: La máquina está una hora en marcha a un régimen constante superior al continuo, pero no llega a alcanzar la temperatura que ponga en peligro los materiales aislantes. La temperatura no llega a estabilizarse.
desarrollo de la industria eléctrica. Gracias a ellos se pudo realizar, de una manera práctica y económica, el transporte de energía eléctrica a grandes distancias. Un transformador eléctrico es una máquina estática de corriente alterna que permite
El motor de corriente continua, denominado también motor de corriente directa, motor CC o motor DC (por las iniciales en inglés direct current), es una máquina que convierte energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción de un campo magnético. Un motor de corriente continua se compone, principalmente, de dos partes: - El estator da soporte mecánico al aparato y contiene los polos de la máquina, que pueden ser o bien devanados de hilo de cobre sobre un núcleo de hierro, o imanes permanentes.
delgas se fabrican generalmente de cobre y están en contacto alternante con las escobillas fijas. Inductor: se le llama también estator porque es la parte fija de la máquina. Se encarga de producir y conducir el flujo magnético. A su vez consta de los siguientes elementos: Pieza polar: es la que sujeta a la culata o yugo de la máquina, incluye al núcleo y su expansión. Yugo: es necesario para cerrar el circuito magnético de la máquina; generalmente está constituido por hierro fundido o acero. Núcleo: es parte del circuito magnético de la máquina junto con los polos, las expansiones polares, el entrehierro, inducido y la culata, y en él se hallan los devanados inductores. Polos: están fabricados de acero y silicio laminado. Las láminas del polo no se encuentran aisladas entre sí debido a que el flujo principal no varía con el tiempo. Expansiones polares: es la parte más ancha de la pieza polar, se encuentra cerca del inducido (rotor) de la máquina. Devanado Inductor: está formado por el conjunto de espiras que, en número prefijado para cada tipo de máquina, producirá el flujo magnético cuando circule la corriente eléctrica. Inducido: El inducido constituye el otro elemento fundamental de la máquina. Se denomina también rotor por ser la parte giratoria de la misma. Y consta a su vez de: núcleo del inducido, devanado inducido y colector. Núcleo del inducido: está formado por un cilindro de chapas magnéticas que están construidas, generalmente, de acero laminado con un 2% de silicio para mejorar las pérdidas en el circuito magnético. Este cilindro se fija al eje de la máquina, el cual descansa sobre unos cojinetes de apoyo. Las chapas que forman el inducido o rotor de la máquina disponen de ranuras en las que se alojan los hilos de cobre del devanado inducido.
espiras correspondientes de uno a otro polo del campo magnético inducido. En los inducidos en anillo, el número de circuitos derivados coincide con el número de polos y escobillas. Para el funcionamiento de esta máquina como generador o como motor, el paso de corriente continua por los conductores del inducido provoca en el rotor un par electromagnético que tiene un carácter resistente para el trabajo como generador y un carácter de motor cuando la máquina mueve una carga mecánica.
Los motores de gasolina También conocidos como motores a cuatro tiempos de Otto –en honor a su creador-, son aquellos que funcionan con una base termodinámica que se encarga de convertir la energía química de la ignición, provocada por la mezcla del aire y el combustible, en energía mecánica. De esta manera, el vehículo obtiene la energía necesaria para realizar sus movimientos. Tal y como hemos mencionado en el párrafo anterior, los motores gasolina funcionan en ciclos de cuatro tiempos que se podrían clasificar, a groso modo, de la siguiente forma: Fase de admisión: la válvula se admisión se abre, lo que permite que la mezcla de aire y combustible fluya hacia el interior de los cilindros. Fase de compresión: durante esta fase, la válvula se cierra y el pistón asciende para comprimir la mezcla. Fase de explosión: las bujías originan la chispa necesaria para producir la explosión y el descenso de los pistones. Fase de escape: la válvula de escape se abre y los pistones se elevan para expulsar los gases quemados hacia el exterior.
Los motores diésel Por lo general, los motores diésel son principalmente empleados en medios de transporte que requieren una dosis extra de potencia y que están pensados para una mayor carga diaria de trabajo, como vehículos industriales, de carga, maquinaria, medios aeronáuticos, etc. No obstante, desde que este tipo de motores naciera de la mano de Rudolf Diésel en 1893, la tecnología se ha extendido también hacia medios de transporte particulares, llegando actualmente en Venezuela a superar en número a los vehículos que funcionan con gasolina. Los motores diésel funcionan de manera similar a los de gasolina y su proceso puede dividirse de igual forma en cuatro tiempos, que son los siguientes: Fase de admisión: se produce el llenado de aire y la válvula de admisión permanece abierta mientras el pistón desciende hacia el punto muerto inferior. Fase de compresión: la válvula de admisión se cierra cuando el pistón llega al punto muerto inferior y comienza el recorrido hasta el superior comprimiendo el aire que se encuentra dentro del cilindro. Fase de combustión: el inyector pulveriza el combustible dentro de la cámara y éste se inflama de inmediato al entrar en contacto con el aire caliente. Fase de escape: se expulsan los gases quemados y se deja que la inercia vuelva a iniciar el ciclo. Los Motores eléctricos Aunque no lo parezca, los motores eléctricos son anteriores a los diésel o gasolina de cuatro tiempos. Entre 1832 y 1832 Robert Anderson desarrolló el primer automóvil con motor eléctrico puro, capaz de transformar la energía eléctrica en energía mecánica por medio de los campos magnéticos que genera, sin necesidad de explosiones ni combustiones propias de los motores gasolina y diésel.
Una de las características básicas de los generadores eléctricos es la fuerza electromotriz, que se refiere a la energía que consume el dispositivo para transportar la carga de un culombio de uno a otro de sus polos con el objetivo de mantener la diferencia de potencial que existe entre ellos. La fuera electromotriz de un generador se abrevia f.e.m. y se representa con la letra E, siendo su expresión matemática: E = L / q Resistencia interna Hace alusión a la resistencia que ofrece el propio generador al paso de la corriente. Energía producida por un generador eléctrico, para determinar la energía eléctrica que produce un generador cuando hace circular una corriente de intensidad l durante un tiempo t, debe utilizarse está fórmula: L = E * l * tEn esta fórmula las variables representan a: L = Energía producida por el generador eléctrico E = Fuerza electromotriz l = Intensidad de la corriente t = Tiempo Estos generadores transforman la energía química en eléctrica. Los ejemplos más destacados de este tipo son las pilas y los acumuladores. La pila está formada por un recipiente metálico de zinc que funciona como polo negativo y que contiene el cloruro de zinc y el cloruro de amonio, compuestos químicos necesarios para el funcionamiento de la pila. Por su parte, el polo positivo es una varilla cilíndrica de carbón. La desventaja de la pila es que cuando se agotan los compuestos químicos ya mencionados, hay que desecharla.
En este caso, los motores basan su funcionamiento en la obtención de un campo magnético giratorio. Dentro de este campo giratorio puede haber un electroimán, que gira a la misma velocidad que el campo. En este caso tendremos un motor síncrono. Una segunda posibilidad es que dentro del campo haya un bobinado sometido a inducción, por lo que aparece una corriente eléctrica y, por tanto, la fuerza de Lorentz. El giro será más lento que el del campo giratorio, razón por la cual el motor se denomina asíncrono o de inducción. Respecto a la corriente de alimentación, tendremos motores monofásicos y motores trifásicos. De forma similar a los motores de corriente continua, los de alterna están constituidos por una parte fija denominada estator o inductor, dotado de las bobinas generadoras del campo magnético, y por un rotor o inducido, también llamado armadura.
Es un motor idéntico al motor de corriente continua con excitación en serie. Pero en corriente alterna, el funcionamiento del motor se basa en el acoplamiento de campos magnéticos que giran al unísono. Para que se produzca este acoplamiento, el rotor tiene unas bobinas unidas a un colector formado por delgas, en serie con las bobinas del inductor. Un par de escobillas aplican la corriente al rotor. Por lo tanto, el mismo motor puede funcionar tanto con corriente continua como con alterna. Pero, además, puede funcionar como dínamo. Por ello se le denomina motor universal, y es ampliamente utilizado en pequeños electrodomésticos. También son motores típicos de los ferrocarriles eléctricos, especialmente suburbanos. Motor monofásico asincrónico En este tipo de motores, el estator genera un campo magnético giratorio. Para ello, se dispone de dos pares de bobinas perpendiculares. Una de ellas se conecta directamente a la corriente alterna, generando un campo magnético oscilante. En
