Escuela Profesional De Ingeniería Industrial.docx

Trabajo Académico

2018-II

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

1704-17409

ELECTRICIDAD INDUSTRIAL SALDAÑA GOLDSCHMIDT MIRKO ALFREOD

Docente:

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Ciclo:

Sección:

__

Módulo II Forma de envío:

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Nota:

Hasta el Domingo 30 de diciembre 2018 Hasta las 23.59 PM Recomendaciones:

1. Recuerde verificar la correcta publicación de su Trabajo Académico en el Campus Virtual antes de confirmar al sistema el envío definitivo al Docente. Revisar la previsualización de su trabajo para asegurar archivo correcto. 2.

Las fechas de publicación de trabajos académicos a través del campus virtual DUED LEARN están definidas en la plataforma educativa, de acuerdo al cronograma académico 2018-II por lo que no se aceptarán trabajos extemporáneos.

3.

Las actividades de aprendizaje que se encuentran en los textos que recibe al matricularse, servirán para su autoaprendizaje mas no para la calificación, por lo que no deberán ser consideradas como trabajos académicos obligatorios.

Guía del Trabajo Académico: 4.

Recuerde: NO DEBE COPIAR DEL INTERNET, el Internet es únicamente una fuente de consulta. Los trabajos copias de internet serán verificados con el SISTEMA ANTIPLAGIO UAP y serán calificados con “00” (cero).

5. Estimado alumno: El presente trabajo académico tiene por finalidad medir los logros alcanzados en el desarrollo del curso. Para el examen parcial Ud. debe haber logrado desarrollar hasta 05 y para el examen final debe haber desarrollado el trabajo completo.

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Trabajo Académico Criterios de evaluación del trabajo académico: Este trabajo académico será calificado considerando criterios de evaluación según naturaleza del curso:

Presentación adecuada del trabajo

Considera la evaluación de la redacción, ortografía, y presentación del trabajo en este formato.

2

Investigación bibliográfica:

Considera la revisión de diferentes fuentes bibliográficas y electrónicas confiables y pertinentes a los temas tratados, citando según la normativa APA. Se sugiere ingresar al siguiente enlace de video de orientación:

3

Situación problemática o caso práctico:

Considera el análisis contextualizado de casos o la solución de situaciones problematizadoras de acuerdo a la naturaleza del curso.

4

Otros contenidos

Considera la aplicación de juicios valorativos ante situaciones y escenarios diversos, valorando el componente actitudinal y ético.

A

Presentación adecuada del trabajo

1

Considera la evaluación de la redacción, ortografía, y presentación del trabajo en este formato.

Valor: 2 ptos

1. Describa el proceso de la generación de la corriente alterna . …(2 PTS) Cuando movemos un conductor en el interior de un campo magnético, circula corriente a través de este conductor Si en lugar de poner un conductor ponemos una bobina la corriente que circula es mayor. Al girar la espira experimenta una variación de flujo magnético, produciéndose una fuerza electromotriz inducida y una corriente eléctrica. Esta corriente se verá modificada según el ángulo que forman el campo magnético y la bobina. Tomando valores positivos y negativos. (Regla de la mano izquierda). Parámetros característicos de una onda senoidal Una señal sinusoidal, a(t): tensión, v(t), o corriente, i(t), se puede expresar matemáticamente según sus parámetros característicos, como una función del tiempo por medio de la siguiente ecuación: a(t) = Ao sen(w t + b ) A0 es la amplitud en volts o amperes (también llamado valor máximo o de pico), w la frecuencia angular o pulsación en radianes/segundo, t el tiempo en segundos, y β el ángulo de fase inicial en radianes.

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Trabajo Académico Dado que la frecuencia angular es más interesante para matemáticos que ingenieros, la fórmula anterior se suele expresar como: a(t) = Ao sen(2p f t + b ) Donde f es la frecuencia normal en hertz (Hz) y equivale a la inversa del período: Los valores más empleados en la distribución son 50 Hz y 60 Hz

Principio de generación de corriente alterna

El fenómeno de inducción electromagnética fue descubierto por Faraday en el año 1830, llegando a demostrar que “cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético cortando líneas de fuerza, se engendra en el una fuerza electromotriz, que es directamente proporcional al flujo cortado, e inversamente proporcional al tiempo empleado en hacerlo. Teniendo un imán permanente como inductor estático y un rotor con una espira como inducido tendremos un generador elemental.

Al recibir movimiento, la espira cortará las líneas de fuerza y se producirá una fuerza electromotriz.

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Trabajo Académico

Sentido de las Líneas de Fuerza

A medida que la espira va girando esta va cortando, las líneas d fuerza, de un ángulo y posición distinta generando una variación en la tensión y produciendo el cambio en el sentido de circulación de la corriente.

En la figura A la espira se mueve paralela a las líneas de fuerza sin generar voltaje en sus extremos.

A medida que la espira avanza esta se va desplazando formando ángulos, generando paulatinamente una tensión en sus extremos; hasta que llega al posición que se ve en la figura B, en donde la espira se mueve perpendicular a las líneas de fuerza cortando a estas “más efectivamente” generando un pico de tensión.

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Trabajo Académico

A medida que el rotor sigue girando este vuelve a una posición nula en donde la espira se encuentra paralela a las líneas de fuerza, sin generar tensión.

Cuando la espira pasa la posición de la figura C; formando ángulos esta se vuelve y a generar tensión, pero en este caso con una polaridad inversa a la anterior. Hasta llegar a la posición de la figura D donde se vuelve a producir el pico de tensión por estar la espira perpendicular a las líneas de fuerza.

Luego de esto la espira sigue su transcurso, llegando nuevamente a la posición A.

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Trabajo Académico La representación gráfica de la tensión obtenida es una sinusoidal.

En este último caso, le campo inductor (imán permanente) permanece fijo, si se realiza la operación inversa, es decir, movemos el campo inductor, y mantenemos estático al inducido, tendremos el mismo efecto en un giro de 360º. En este caso obtendremos como en el caso anterior, una sinusoide.

Este último por lo general es el más utilizado, aunque con algunas variantes.

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Trabajo Académico

En el caso del estator, se le agregan dos bobinas más donde cada una se encarga de generar una onda sinusoidal desfasada 120º una de las otras. Esto permite generar tensión trifásica.

En este caso también se debe tener en cuenta la conexión que van a tener entre si. Estas pueden ser triangulo o estrella.

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Trabajo Académico

En el caso del rotor se le agregan, en algunos casos, mayor cantidad de par de polos permitiendo generar mayor cantidad de ondas por vuelta, facilitando la generación de una frecuencia determinada con distintas revoluciones. Por ejemplo: para la generación de 50 ciclos por segundo se puede utilizar varias RPM (revoluciones por minito) 50 Hz 2 polos

1 par

3000 RPM

4 polos

2 par

1500 RPM

8 polos

4 par

750 RPM

16 polos

8 par

375 RPM

Además con respecto al inductor también se suele utilizan una inducción por excitación. Esto se logra cambiando el imán permanente por una bobina arrollada a un núcleo de hierro con varias caras externas que hacen las veces de polos. Esto permite, entre otras cosas, controlar la tensión de salida. Que se hace por medio de una caja reguladora.

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Trabajo Académico

VALORES SIGNIFICATIVOS: Otros valores significativos de una señal sinusoidal: Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado, “a” puede ser tensión v(t) o corriente eléctricas i(t). Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo de sen (x) es +1 y el valor mínimo es -1, una señal sinusoidal que oscila entre +A0 y –A0. El valor de pico a pico, escrito como AP-P, es por lo tanto (+A0) – (– A0) = 2 A0. Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abscisas partido por su período. El área se considera positiva si está por encima del eje de abscisas y negativa si está por debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente:

Valor eficaz (A): su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una 9TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un periodo

El valor A, tensión o intensidad, es útil para calcular la potencia consumida por una carga. Así, si una tensión de corriente continua (CC), VCC, desarrolla una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una tensión de CA de Vrms desarrollará la misma potencia P en la misma carga si Vrms = VCC.

HL

e V

Generador

de corriente

alterna

4 2

p

2p

3p

HL

T s

-2 -4

T eo: Amplitud de la función T=2p/w: Periodo de la fem f=1/T: Frecuencia

Fuerza electromotriz máxima Tiempo que tarda en recorrer un ciclo completo Ciclos realizados por unidad de tiempo (Hz)

Voltaje de corriente alterna (CA) y de corriente directa (CD)

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Trabajo Académico 200 150 100 50 0 -50

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

VCD VCA

-100 -150 -200

 

Voltaje alterno de un contacto de alimentación de 120 V, Voltaje resultante de conectar diez acumuladores de 12V en serie

APLICACIONES 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 el uso coloquial, "corriente alterna" se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las empresas. El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribución de la corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. La corriente alterna superó las limitaciones que aparecían al emplear la corriente continua (CC), la cual constituye un sistema ineficiente para la distribución de energía a gran escala debido a problemas en la transmisión de potencia. El 95% de la de la energía eléctrica utilizada se genera en forma de corriente alterna. La razón de esto es debido a que la tensión de la corriente alterna puede elevarse o reducirse de forma económica mediante transformadores. Ello permite la transmisión de la energía a largas distancias y llegar a los hogares, industrias y locales comerciales. Después de que la corriente alterna llega a los lugares donde será usada ésta tiene varias aplicaciones como: Iluminación: En la lámpara de arco incandescente la corriente alterna fluye por el filamento y lo calienta hasta que brilla. En la lámpara de arco se establece un arco entre dos electrodos y uno de ellos se pone al rojo blanco emitiendo luz. En las lámparas fluorescentes, un arco de vapor de mercurio produce radiación que excita un revestimiento de fósforo hasta hacerlo brillar.

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Trabajo Académico Calor: Cuando la corriente alterna fluye a través de cualquier resistencia, parte de su energía se disipa en forma de calor. En el hogar este principio tiene muchas aplicaciones: cocinas eléctricas, calentadores, tostadoras, cafeteras, parrillas, secadores de cabello, etcétera. Comunicaciones: El telégrafo, el teléfono, la radio, televisión y el radar basan su funcionamiento en la electricidad en forma de corriente alterna. Se requieren altos voltajes a bajas corrientes para que funcionen los dispositivos mencionados, mientras que los sistemas de información pública emplean circuitos de bajo voltaje, baja corriente y alta frecuencia. Fuerza motriz: Uno de los usos más importantes de la corriente alterna es el suministro de fuerza motriz por medio de motores eléctricos. Existe una gran variedad de motores eléctricos. Los motores tienen un papel muy importante en la industria: se utilizan para accionar bombas, compresores, maquinas herramientas, montacargas, grúas, prensas. Se emplean ampliamente en fábricas de papel, acero, textiles, cemento y otros productos. Electrometalurgia: La corriente alterna se usa en la galvanoplastia, procedimiento que consiste en recubrir la superficie de un metal con una capa delgada de otro. El metal que se quiere recubrir se coloca en el cátodo de una cuba electrolítica; el ánodo esta hecho del metal que se quiere depositar. Una sal de este metal forma parte del electrolito a través del cual pasa la corriente que disuelve tanta cantidad de metal del ánodo cuanta se deposita sobre el cátodo. La galvanoplastia se utiliza para proteger superficies metálicas. La corriente alterna también se utiliza en la refinación del aluminio, calcio, berilio, magnesio y otros metales. Electrónica: La corriente alterna se utiliza para suministrar energía y hacer operar varios instrumentos y dispositivos, como los son los transistores y diodos. Estos dispositivos convierten la corriente alterna en continua que después de puede aplicar a otros elementos. Medicina: Ciertas lámparas eléctricas producen rayos ultravioleta que pueden lograr muchos efectos benéficos de la luz solar. Otras lámparas generan rayos infrarrojos para tratamientos que generan calor. Los rayos X, que se obtienen a partir de corriente alterna, son valiosos para la medicina ya que permiten ver y fotografiar el interior del cuerpo humano. También hay aparatos médicos que funcionan con corriente alterna. El electrocardiógrafo registra los impulsos eléctricos que acompañan los latidos del corazón, el encefalógrafo permite examinar las características de las ondas cerebrales. Transporte: Ciertos transportes como los son el tranvía y el tren eléctrico funcionan con corriente alterna, ya que los rieles sobre los que se transportan están electrificados, o tienen una línea de tendido eléctrico sobre ellos, de la cual se alimentan y generan su movimiento.

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Trabajo Académico

2. ¿ Cuáles son los ventajas de los sistemas polifásicos?............ (2 PTS)

Es un tipo de maquinaria eñ cual nos permite generar electricidad a través de corrientes inducidas, pero a diferencia de n generador monofásico, obtendremos dos o más fases. Existen diversas razones por lo cual es conveniente usar sistemas polifásicos:



Reducción de costos. Transmitir un mismo voltaje es menos costoso en un sistema polifásico que en un monofásico. Esto debido a que los sistemas polifásicos pueden emplear cableado de menos grosor.



Mayor capacidad. Un generador trifásico, por ejemplo, tiene una gran capacidad de hasta un 180% mayor que un generador monofásico del mismo tamaño.



Practicidad. Finalmente si queremos tener una fuente monofásica la podemos obtener desde una fuente trifásica fácilmente.

Los generadores polifásicos mas comunes son de tres fases, o generadores trifásicos. Las tres fases a las que se hace referencia son a res componentes de cotrriente las cuales poseen un desfasamiento en el tiempo respecto a cada una. Idealmenbte la diferencia dentro es T/3, lo cual se obtiene al colocar embobinados con 120° de diferencia dentro del estator. Al medir la salida de voltaje observaríamos algo como esto:

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Trabajo Académico

Como se puede ver en la imagen, existen tres ondas sinusoidales de las cuales poseen la misma amplitud y frecuencia, con la nica diferencia de haber un desfasamiento entre ellas. La onda B comienza justo cuando la onda A se encuentra en un tercio de su ciclo, y la onda C comienza cuando la onda A ha avanzado 2/3 de su ciclo En teoría existen muchos otros diseños de sistemas polifásicos y aunque en la practica el mas común es el trifásico, es importante señalar que el distanciamiento (y por ende el desfasamiento) de todo sistema polifásico es de 360°/n, donde n, donde n será el numero de fases de nuestro sistema. Otra sventajas mas especificas de los generadores polifásicos incluyen: Menores fluctuaciones de potencia. RTecordando que la potencia instantánea de n sistema monifasico es w*R*t (frecuencia por resistencia de carga por tiempo), queda evidenciado que existebn intervalos en los que la potencia es cero. Esto puede provocar rendimientos pobres es maquinarias que necesita una potencia mas estable. Usualmentte la tolerancia es buena don un sistema de tres, pero para aplicaciones mucho mas demandantes se pueden usar generadores de hasta 12 fases o más, aunque esto implica mayores gastos en el diseño y desarrollo de la máquina. Mejor factor de potencia El factor de potencia de un generador trifásico es mucho mejor que el de un generador monofasic, lo cual se puede traducirse en menores costos de peracion. Recordando que el factor de potencia es algo que se debe consederar en todo momento cuando se planea desarrolar una planta eléctrica estacionaria

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Trabajo Académico 3. Explique la transformación delta – estrella: ……………………….. (2 PTS) La conversión de las interconexiones delta estrella es útil para reducir configuraciones irreducibles mediante cambios paralelo-serie. Para obtener expresiones de la covercion basat con realizar una equivalencia entre cada par de terminales.

No es sólo asunto de cambiar la posición de las resistores si no de obtener los nuevos valores que estos tendrán. Las fórmulas a utilizar son las siguientes:

Conversión de configuración delta a estrella - R1 = (Ra x Rc) / (Ra + Rb + Rc) - R2 = (Rb x Rc) / (Ra + Rb + Rc) - R3 = (Ra x Rb) / (Ra + Rb + Rc) Para este caso el denominador es el mismo para todas las ecuaciones. Si Ra = Rb = Rc = RDelta, entonces R1 = R2 = R3 = RY y las ecuaciones anteriores se reducen a RY = RDelta / 3 Conversión de configuración estrella a delta - Ra = [ (R1 x R2) + (R1 x R3) + (R2 x R3) ] / R2 - Rb = [ (R1 x R2) + (R1 x R3) + (R2 x R3) ] / R1 - Rc = [ (R1 x R2) + (R1 x R3) + (R2 x R3) ] / R3

Para este caso el numerador es el mismo para todas las ecuaciones. 15TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico Si R1 = R2 = R3 = RY, entonces Ra = Rb = Rc = RDelta y las ecuaciones anteriores se reducen a RDelta = 3xRY

Ejemplo:

En el gráfico que se al lado izquierdo, dentro del recuadro una conexión tipo Delta, en serie con una resistor R. Si se realiza la transformación de los resistores que están en configuración Delta a configuración Estrella se obtiene lo que está al lado derecho del gráfico (ver el recuadro). Ahora se tiene al resistor R en serie con el resistor R1. Estos se suman y se obtiene un nuevo resistor R1. Esta nueva conexión en Estrella puede quedarse así o convertirse otra vez a una conexión Delta

4. Transformadores Eléctricos… ……………………………………….(4 PTS) a.

Elabore un diseño de las características y/o funcionamiento de un transformador. (considerar módulos, maquetas u otros)

Trasformador es un dispositivo eléctrico estático, que trasfiere energía eléctrica de un circuito a otro, mediante el principio de inducción electromagnética, sin cambio de frecuencia, además está compuesto por circuitos eléctricos aislados entre sí que son eslabonados por un circuito magnético. No se la considera como una maquina eléctrica por que no tiene partes en movimiento sin 16TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico embargo dada su importancia se la estudia como tal. Por definición una maquina recibe un tipo de energía para transformarla de forma apropiada, ejemplo recibe energía eléctrica y la transforma en energía mecánica o viceversa, como el transformador cambia las características de la energía también se le denomina máquina, el trasformador por ser una maquina estática tiene ventajas sobre las maquinas rotativas debido a que no tiene perdidas mecánicas, las únicas perdidas del trasformador son eléctricas y del hierro, por la razón su rendimiento es alto En la figura se puede apreciar un trasformador sencillo, en el cual están las bobinas eslabonadas por un núcleo magnético común el bobinado que se induce el voltaje y además alimenta la carga se denomina secundario.

1. EL NUCLEO El núcleo está formado por varias chapas u hojas de metal (generalmente material ferromagnético) que están apiladas una junto a la otra, sin soldar, similar a las hojas de un libro. La función del núcleo es mantener el flujo magnético confinado dentro de él y evitar que este fluya por el aire favoreciendo las perdidas en el núcleo y reduciendo la eficiencia. La configuración por láminas del núcleo laminado se realiza para evitar las corrientes de Foucault, que son corrientes que circulan entre láminas, indeseadas pues favorecen las perdidas.

En la construcción del núcleo se utilizan chapas de acero aleadas con silicio de muy bajo espesor de 0.3 mm aproximadamente El si incrementa la resistividad del material y reduce las corrientes parasitas 17TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico La chapa se aísla mediante un tratamiento químico carlite y se obtiene por laminación en frio. Aumenta la permeabilidad mediante este procedimiento se obtiene factores de relleno de 95-98%

2. FABRICACION DEL NUCLEO



CORTE DE NUCLIO ARROLLADO  Tipo de overlap Joint  Soldadura Tig en la última vuelta del núcleo garantiza el cierre de los Gaps durante el transporte y vida útil del transformador 18TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico 3. BOBINADO PRIMARIO Los bobinados o devanados constituyen los circuitos de alimentación y carga. La función principal del devanado primario es crear un campo magnético con una pérdida de energía muy pequeña. 4. BOBINADO SECUNDARIO El devanado secundario debe aprovechar el flujo magnético para producir una fuerza electromotriz. Dependiendo de la corriente pueden ser desde alambre delgado, grueso o barra. Los materiales comúnmente utilizados son cobre y aluminio 5. BOBINAS DEVANADOS Y AISLAMIENTO Las bobinas son simplemente alambres generalmente de cobre enrollado en las piernas del núcleo. Según el número de espiras (vueltas) alrededor de una pierna inducirá un voltaje mayor. Se juega entonces con el número de vueltas en el primario versus las del secundario. En un transformador trifásico el número de vueltas del primario y secundario debería ser igual para todas las fases.

6. FABRICACION DE BOBINAS

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Trabajo Académico 

TIPOS CONSTRUCTIVOS UTILIZADOS EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION

R CTANGULAR LHL LOW HIGH LOW

RECTANGULAR LH LOW HIGH

OVAL LH LOW HIGH

ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DEVANADOS Y AISLAMIENTOS

DIFERENTES FORMAS CONSTRUCTIVAS DE DEVANADOS SEGÚN TENSION Y POTENCIA LOS CONDUCTORES DE LOS DEVANADOS ESTAN AISLADOS ENTRE SI. EN TRANSFORMADORES DE BAJA POTENCIA Y TENSION SE UTILISAN HILOS ESMALTADOS. MAQUINAS GRANDES SE EMPLEAN PLETINAS RECTANGULARES ENCINTADAS CON PAPEL IMPREGNADO EN ACEITE EL AISLAMIENTO ETRE DEVANADOS SE REALIZA DEJANDO ESPACIOS DE AIRE O DE ACEITE ENTRE ELLOS LA FORMA DE LOS DEVANADOS ES NORMALMENTE CIRCULAR EL NUCLEO ESTA SIEMPRE CONECTADO A TIERRA. PARA EVITAR ELEVADOS GRADIENTES DE POTENCIAL, EL DEVANADO DE BAJA TENSION SE DISPONE EL MAS CERNANO DEL NUCLEO

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Trabajo Académico 7. TECNOLOGIA DE FABRICACION DE BOBINAS







TIPOS DE MATERIALES CONDUCTORES UTILIZADOS  COBRE  ALUMINIO TIPOS DE CONDUCTORES UTILIZADOS  Hilo circular de cobre o aluminio generalmente AT  Hilo rectangular de cobre o aluminio generalmente BT  Chapa de cobre o aluminio generalmente BT arriba de 75 KVA TIPOS DE MATERIALES AISLANTES UTILIZADOS  Papel diamantado termoestavilizado  Cartón Presspan  Maderas especiales

COMPARACION ENTRE COBRE Y ALUMINIO

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Trabajo Académico COEFICIENTE DE EXPANSIÓN

 

ALUMINO: 23X10-6 CM/°C COBRE: 16.6X10-6 CM/°C  El aluminio se expande 30% más que el cobre  Podría crear problemas de conexión utilizando tornillos  Utilizando arandelas de3 conexión apropiadas cóncavas las conexiones proporcionan la elasticidad necesaria en el empalme sin la comprensión del aluminio, con la misma eficiencia que los terminales de cobre

8. COMPARACION ENTRE COBRE Y ALUMINO

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA 

Aluminio: 36.6 106 Ω−1 𝑚−1



Cobre: 59.6 106 Ω−1 𝑚−1

Para dos trasformadores iguales misma resistencia arrollamiento de para un mismo cumplimiento, la sección del arrollamiento de aluminio deberá ser 1.63 veces más grande que la del arrollamiento de cobre:

Rcu = Lcu/Scu x 𝜎𝐶𝑢 RAI = LAI/SAI x 𝜎𝐴𝐿

SAL/SCU = 𝜎𝐴𝐿 = 59.6/36.6 = 1,63 

SAL = 1,63 SCU

Con un incremento de la sección transversal del aluminio, las perdidas resistivas serán las mismas en los dos arrollamientos 22TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico 

Comparándose los dos materiales, perdidas más bajas serán logradas en aluminio con un proyecto mejor optimizado

9. COMPARACION ENTRE COBRE Y ALUMINIO

CAPACIDAD CALORIFICA. Aluminio. 0.220 Cal/g°C Cobre. 0.092 Cal/g°C Como el peso del aluminio es 0.488 el peso del cobre, tenemos Capacidad calorífica del AI = 𝑀𝐴𝑙 x 𝐶𝐴𝑙 Capacidad Calorífica del Cu = 𝑀𝐶𝑢 x 𝐶𝐶𝑢 = (𝑀𝐴𝑙 /𝑀𝐶𝑢 ) x (𝐶𝐴𝑙 /𝐶𝐶𝑢 ) = 0.488 x (0.220/0.092) = 1.162 O sea, el arrollamiento de aluminio posee una mejor so portabilidad a las corrientes de corto-circuito y sobrecarga, en comparación con los arrollamientos de cobre.

10. COMPARACION ENTRE COBRE Y ALUMINIO Las reservas naturales de aluminio son más grandes que las reservas de cobre. Los transformadores fabricados con arrollamientos de aluminio son más ligeros que los transformadores fabricados con arrollamientos de cobre. En resumen, es mucho más ventajoso para el cliente dejar libre la elección del material del bobinado al fabricante, que intentará siempre optimizar los proyectos de acuerdo a las características de los clientes, pero considerando también los materiales disponibles en el mercado. Eso garantizará que el cliente tendrá disponibles en sus manos transformadores diseñados y fabricados con lo mejor que hay en el mercado, considerando tecnologías de proyecto, fabricación, y materiales

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Trabajo Académico

1.1.

MATERIAL AISLADOR





Todo transformador eléctrico, sea reductor o elevador de voltaje, tiene la particularidad de transferir energía entre sus bobinados, por inducción electromagnética y sin que exista entre ellos, conexión eléctrica alguna excepto los auto transformadores. Por tanto, un transformador ofrece una aislación entre los circuitos conectados en el bobinado primario y los conectados al secundario Sin embargo, el término Transformador aislador o Transformador de aislamiento, se utiliza solamente para referirse a los transformadores con relación entre sus devanados primario y secundario.

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Trabajo Académico 11. TECNOLOGIA DE ENSAMBLAJE DE LA PARTE ACTIVA    

Núcleo Arrollado Core Form Núcleo Arrollado Shell Form Núcleo Apilado Soldadura y Conexión en Cobre y Aluminio

12. CONEXIONES TRIFASICOS

TIPICAS

DE

LOS

TRANSFORMADORES

La conexión Y y plantea problemas debidos a la circulación de corrientes homopolares (causadas por los armónicos de la corriente de vacío) por el neutro. En condiciones de carga desequilibrada entre fase y neutro aparecen sobretensiones Cuando uno de los devanados está conectado en triángulo los flujos homopolares se anulan y los inconvenientes anteriores desaparecen. El único problema es la no disponibilidad del neutro en uno de los devanados

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Trabajo Académico

13. FLUIDO DIELECTRICOS.

14. VENTAJAS DEL BIOTEMP BIODEGRADABLE    

Mejora de las propiedades de transferencia térmica Mejora de la Eficiencia operativa Mejora de la seguridad operativa Reducción de la contaminación de las aguas subterráneas

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Trabajo Académico 1.2.

FABRICACION DE BOCINAS 

TIPOS CONSTRUCTIVOS UTILIZADOS EN TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION

R CTANGULAR LHL LOW HIGH LOW

RECTANGULAR LH LOW HIGH

OVAL LH LOW HIGH

ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DEVANADOS Y AISLAMIENTOS

DIFERENTES FORMAS CONSTRUCTIVAS DE DEVANADOS SEGÚN TENSION Y POTENCIA LOS CONDUCTORES DE LOS DEVANADOS ESTAN AISLADOS ENTRE SI. EN TRANSFORMADORES DE BAJA POTENCIA Y TENSION SE UTILISAN HILOS ESMALTADOS. MAQUINAS GRANDES SE EMPLEAN PLETINAS RECTANGULARES ENCINTADAS CON PAPEL IMPREGNADO EN ACEITE EL AISLAMIENTO ETRE DEVANADOS SE REALIZA DEJANDO ESPACIOS DE AIRE O DE ACEITE ENTRE ELLOS LA FORMA DE LOS DEVANADOS ES NORMALMENTE CIRCULAR EL NUCLEO ESTA SIEMPRE CONECTADO A TIERRA. PARA EVITAR ELEVADOS GRADIENTES DE POTENCIAL, EL DEVANADO DE BAJA TENSION SE DISPONE EL MAS CERNANO DEL NUCLEO

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Trabajo Académico b.

Analice y explique las pruebas de vacío y en cortocircuito a un transformador, e indique cuál es la importancia de aplicar ésta pruebas?

1) EL TRANSFORMADOR REAL: PRUEBAS DE VACIO Transformador en vacío: no se tiene conectada ninguna carga en el secundario Introducción de la permeabilidad finita del circuito magnético:  

Se necesita una intensidad para magnetizar el núcleo Se calcula a partir de la curva de magnetización B-H punto a punto

IDEAL: Los arrollamientos no tienen resistencia y no hay flujo de dispersión. EN VACÍO: El circuito del secundario está abierto, es decir, sin carga.

Puesto que el mismo flujo atraviesa el primario y el secundario, la fuerza electromotriz inducida por espira es la misma en ambos:



RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Eligiendo adecuadamente la relación entre el número de espiras del primario y del secundario, puede obtenerse en el secundario cualquier tensión que se desee, partiendo de una tensión dada en el primario. El arrollamiento primario se comportará como una autoinducción. La corriente en el primario que es pequeña, está retrasada 90º respecto a la tensión del primario. Se denomina corriente de vacío y crea el flujo en el núcleo por lo que también se denomina magnetizaste. El flujo del núcleo está en fase con la corriente del primario.

  

Conclusiones: La intensidad de vacío no es senoidal sino deformada debida a la saturación La intensidad de vacío está en fase con el flujo Si se considera la senoide equivalente se puede hacer un diagrama fasorial Io: Intensidad de vacío 28TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico Ife: Componente de pérdidas en el hierro Im: Componente de magnetización  -

Modificación del circuito equivalente del transformador para tener en cuenta: Permeabilidad finita del material: Im retrasa a la tensión reactancia Xm Pérdidas en el hierro: Ife en fase con la tensión èresistencia Rfe 2) EL TRANSFORMADOR REAL: FUNCIONAMIENTO EN EN CORTOCIRCUITO IDEAL: Los arrollamientos no tienen resistencia y no hay flujo de dispersión. EN CARGA: El circuito del secundario tiene conectada una impedancia. Se realiza haciendo circular la intensidad nominal por el primario con el secundario cortocircuitado para ello basta aplicar una tensión reducida mucho menor que la nominal.



Cuando el circuito secundario está abierto, el flujo del núcleo sólo es producido por la corriente del primario, pero cuando se cierra el secundario, tanto la corriente de primario como la de secundario crean flujo en el núcleo. Según la ley de Lenz, la

corriente del secundario, oponiéndose a la causa que la produce, tiende a debilitar el flujo del núcleo y, por consiguiente, a disminuir la fuerza contraelectromotriz en el primario. Como en ausencia de pérdidas, la f.c.e.m. en el primario ha de ser igual a la tensión en bornes del primario, que suponemos constante, la corriente en el primario aumenta, por tanto, hasta que el flujo del núcleo se restablece en su valor inicial(sin carga).



Es muy probable que durante su vida útil un transformador, particularmente los empleados en las redes de distribución de energía, deba soportar cortocircuitos, cuando están operando a tensión nominal. Esto da lugar a 29TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico grandes corrientes, grandes esfuerzos electrodinámicos y calentamientos muy rápidos, por esos motivos esas corrientes deben ser interrumpidas rápidamente por los elementos de protección a fin de evitar accidentes.

3) ¿CUÁL ES LA IMPORTANCIA DE APLICAR ESTAS PRUEBAS? La verificación del correcto funcionamiento de cualquier equipo es de suma importancia, en particular cuando se trata de unidades grandes y de mucho costo, y éste es el caso de transformadores. La experiencia de muchos años ha permitido conocer las cosas más importantes que se deben verificar para garantizar el correcto funcionamiento de los transformadores durante una larga vida útil. Por otro lado es necesario verificar que el transformador cumple con las características solicitadas. Para hacer las respectivas verificaciones y evitar diversidad de opiniones, las partes se deben ajustar a Normas, generalmente establecidas de antemano por el comprador u organismos especializados. Las Normas son documentos que establecen, por consenso y aprobados por un organismo reconocido, reglas y criterios para usos comunes y repetidos. Es decir, establece las condiciones mínimas que deben reunir un producto o servicio para que sirva al uso al que está destinado. Las Normas son el producto de la experiencia de los fabricantes, usuarios, investigadores y otras partes interesadas que permiten garantizar la calidad de un producto al menor costo. 

Con el ensayo de las máquinas se tiende a evitar en lo posible las pruebas directas con carga efectiva, por la dificultad que presenta el disponer de elementos capaces la absorber la potencia normal de la máquina. Las características en carga se deducen de los ensayos en vacío y en cortocircuito, mediante la aplicación posterior de las teorías que relacionan estos valores con los de servicio normal. Los ensayos no requieren más potencia que la de pérdidas consiguientes.



Los ensayos de vacío y cortocircuito de un transformador permiten determinar varios de los parámetros más importantes que definen su comportamiento. Atreves de las mediciones efectuados en los mencionados ensayos y mediante el cálculo conveniente, se puede determinar los parámetros del circuito equivalente simplificado del transformador, dicho circuito resulta útil en el cálculo de las complejas redes de trasporte y distribución, con varios escalones de tensión, previa reducción a una tensión base. 30TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico

c.



De otro lado del ensayo de vacío se obtiene, además de la corriente de vacío la relación de transformación y las perdidas en el hierro del transformador, como se sabe dicha pérdidas son independiente del índice de la carga del transformador



Del ensayo del cortocircuito se deduce el importante parámetro de la tensión de corto circuito, este parámetro interviene, directamente, en el corriente de cortocircuito permanente, en las expresiones de caída de tención y en la asociación en paralelo de transformadores. Otro parámetro, de no menor importancia, es la potencia de perdidas nominales de los devanados primario y secundario, de ambos tipos de perdida, en el hierro y en el cobre se deduce el índice de carga optimo del transformador, es decir la carga definida como porcentaje sobre la potencia nominal del transformador, en la que este trabaja con rendimiento máximo

Señale y explique las especificaciones técnicas para la selección de transformadores en baja y media tensión.



El cálculo o diseño de transformadores se puede decir que es un aspecto suficientemente tratado, en el que intervienen algunas variantes dependiendo del tipo de transformador y de los materiales empleados. En la actualidad los fabricantes de transformadores a gran escala, disponen por lo general de programas por computadora para diseño y de laboratorio apropiados para prueba. No obstante, los conceptos básicos del cálculo de transformadores se deben conocer por las personas relacionadas con las máquinas eléctricas, ya que esto no solo permite una mejor comprensión de su funcionamiento, sino también se está en posibilidad de entender mejor las posibles fallas que tienen y su reparación.



Las normas para transformadores cuando hablan de potencia nominal, se refieren a una potencia que es el producto de la corriente por el voltaje en vacío. La potencia nominal es por lo tanto una “potencia aparente” que es la misma, ya sea que se considere el devanado primario o el devanado secundario. La razón de esta definición que es sólo convencional, se debe al hecho de que se caracteriza a la máquina desde el punto de vista del dimensionamiento. Las prestaciones de una máquina eléctrica están limitadas por el calentamiento de sus componentes, las cuales están causadas por las pérdidas que tiene. En particular, en un transformador se tienen las pérdidas en el núcleo y las pérdidas en los devanados. La potencia aparente que puede soportar el transformador en funcionamiento continuo sin sobrepasar los límites de calentamiento es: 31TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico Como el transformador no siempre funciona bajo condiciones nominales, entonces se debe establecer el índice de carga C:

SELECCIÓN BÁSICA DEL TIPO DE TRANSFORMADOR TIPOS DE TRANSFORMADO VARIANTES CARACTERÍSTICAS EN ACEITE SECO Capacidad de Soportar la carga APLICA APLICA Carga Instalada Carga en Proyección Sobre carga Cálculos de Pérdidas Ubicación

Soportar la Carga proyectada Sobrecarga de 30% (de acuerdo a Norma) Por X = Tiempo Perdidas de Vacio y Corto Circuito Adecuación de sitio para instalarlo

APLICA

APLICA

Pierde Vida Útil

Se deteriora mas rápido

Mas Perdidas

Menos Perdidas

Adecuar el sitio

De fácil Ubicación

Temperatura Ambiente

Efecto de la Temperatura al Aislante

Reacción a la Temperatura, mas lenta

Vida Útil

> a 20 Años

Menos vida útil por su refrigerante.

Personal Especializado

Operación de Mantenimiento

Requiere mas Mantenimiento

Evaluación Económica

Normas

De acuerdo al Cálculo de Perdidas y Carga Normas a Cumplir o (de acuerdo al operador de Energía del sector)

Reacción a la Temperatura, Mas rápida Más vida útil por su bajo envejecimiento térmico. Requiere menos Mantenimiento

Menos Costoso

Más Costoso

Más exigente

Menos Exigente

32TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico d.

Ejemplifique didácticamente situaciones industriales y/o eléctricas donde son necesarios la presencia de los transformadores.

Aplicaciones prácticas en la industria Un caso significativo es el de los sistemas de potencia, en los que hace posible que la generación, transporte y consumo de energía eléctrica se realicen a tenciones más rentables en cada caso, el transporte resulta más económico cuando más alta sea la tención ya que la corriente y la sección de los conductores son menores Tanto en materia de electricidad industrial y comercial como en radiotelefonía, telefonía, televisión y electrónica en general encuentra el transformador un campo de utilización. Puede decirse que es el elemento indispensable en todo lo referente a corrientes alternas. Existen dos aplicaciones básicas para la utilización de los transformadores de distribución de energía eléctrica: 

Transporte de energía eléctrica: gracias a su capacidad de transformar los parámetros de tensión e intensidad, con la consiguiente reducción de las pérdidas de Joule. Existirán dos transformadores, uno al principio de la línea para la elevación del potencial (Transformador Elevador) y uno de al final de la línea para la reducción del mismo (Transformador Reductor).



Interconexión de líneas eléctricas a diferentes niveles de tensión: por su capacidad de transformar los niveles de tensión, los transformadores son ideales para interconectar líneas a diferente nivel de tensión dando para todas ellas una salida común.



Los transformadores también son usados por la mayoría de electrodomésticos y aparatos electrónicos, ya que estos trabajan, normalmente, a tensiones de un valor inferior al suministrado por la red.



Por último hacer mención a que uno de los elementos de seguridad eléctrica de gran aplicación utiliza transformadores. Se trata del diferencial. Este dispositivo utiliza transformadores para comparar la intensidad que entra con la que sale del hogar. Si la diferencia entre estos es mayor a 10 l circuito evitando que podamos sufrir lesiones.

TRANSFORMADOR DE POTENCIA

Descripción:

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Trabajo Académico Se utilizan para sub transmisión y transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de generación y en grandes usuarios. Características Generales: Se construyen en potencias normalizadas desde 1.25 hasta 20 MVA, en tensiones de 13.2, 33, 66 y 132 kV. y frecuencias de 50 y 60 Hz.

TRANSFOPRMADOR DE DISTRIBUCION Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.

A continuación se detallan algunos tipos de transformadores de distribución.

Descripción: Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Características Generales: Se fabrican en potencias normalizadas desde 25 hasta 1000 kVA y tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV. Se construyen en otras tensiones primarias según especificaciones particulares del cliente. Se

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Trabajo Académico proveen en frecuencias de 50-60 Hz. La variación de tensión, se realiza mediante un conmutador exterior de accionamiento sin carga.

Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi

Descripción: Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica Características Generales: Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 5

Transformadores Herméticos de Llenado Integral Descripción:

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Trabajo Académico Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.

Características Generales: Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

Transformadores Rurales

Descripción: Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.

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Trabajo Académico Transformadores Subterráneos Aplicaciones Transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras, en cualquier nivel, pudiendo ser utilizado donde haya posibilidad de inmersión de cualquier naturaleza. Características Potencia: 150 a 2000KVA Alta Tensión: 15 o 24,2KV Baja Tensión: 216,5/125;220/127;380/220;400/231V

Transformadores Auto Protegidos Aplicaciones El transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque. Características Potencia: 45 a 150KVA Alta Tensión: 15 o 24,2KV Baja Tensión: 380/220 o 220/127V

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Trabajo Académico

4. Selección de Motores de Corriente Continua: ( 4 PTS) a. Elabore un diseño de las características y/o funcionamiento de una máquina de corriente continua. (considerar módulos o maquetas de motores)

Diseño de un Motor de Corriente Continua. Una máquina (generador o motor) de CC está constituida por una parte fija o estator y una parte móvil o rotor. En la figura 1 se muestra un esquema básico de la forma física que presenta este tipo de máquinas. El estator está formado por la culata (1) que pertenece al circuito magnético del inductor y que tiene como función, además de conducir el flujo, hacer de soporte mecánico del conjunto. En las máquinas pequeñas se construye de hierro fundido y, en las grandes, con plancha de acero curvada. La culata o carcasa contiene también los pies (13) sobre los que se apoya la máquina. En la parte interna de la culata se fijan los polos, que están constituidos por los núcleos (2), realizados en chapas de acero apiladas, sobre los que se coloca el devanado inductor o de excitación (8). La parte de los polos que está enfrentada al rotor a través del entrehierro se ensancha para abarcar una mayor sección mediante la cabeza o zapata polar (3). Para mejorar la conmutación (problemas de la reacción de inducido), estas máquinas suelen llevar otros polos intermedios (4) y (5), que reciben también el nombre de polos auxiliares o de conmutación. El devanado (9) de estos polos se conecta en serie con el inducido. En el trabajo que nos ocupa, la máquina no tendrá polos auxiliares. El rotor está formado por el inducido (6) y el colector de delgas o conmutador (10). El inducido se construye con discos de chapa de acero al silicio que presenta unas serie de ranuras (y dientes) para alojar en ellas el correspondiente devanado.

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Trabajo Académico

Los devanados de inducido de las máquinas de CC son habitualmente cerrados, lo cual indica que el bobinado se cierra sobre sí mismo sin principio ni fin y pueden ser de dos tipos: imbricados y ondulados, dependiendo de si se cruzan o no las partes de la bobina observadas desde el lado del colector. Sin embargo, para mayor sencillez en el desarrollo del trabajo, no se van a utilizar estos tipos de bobinado ya que son costosos de generar y la dificultad aumenta mucho. Se trabajará, tal como se explica en el apartado 5 con una máquina de polos salientes en el estator y con bobinado imbricado u ondulado en el rotor. También puede hacerse con polos salientes en el rotor, pero la máquina no tendrá tan buen rendimiento. En la figura 2 se muestran los dos tipos de devanados dibujados en perspectiva y en forma desarrollada:

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Trabajo Académico Se observa en ambos casos que las bobinas que forman los devanados (imbricado u ondulado) constan de dos lados activos que se sitúan debajo de polos opuestos para conseguir la mayor tensión inducida posible. Esta posibilidad no se tendrá en la máquina que se diseñe, ya que las bobinas estarán concentradas en polos salientes del rotor. El colector (con las delgas) es el elemento que caracteriza a estas máquinas y es el encargado de la conversión mecánica de la CA inducida en las bobinas en CC de salida, en el caso generador. En el motor, consigue mantener el campo del rotor formando siempre 90º eléctricos con el del estator, de manera que el par producido sea máximo. La extracción o suministro de corriente al colector se realiza en las máquinas comerciales mediante escobillas de grafito. Las escobillas están fijas en el espacio (no se mueven), colocadas en el porta-escobillas, de manera que, mientras gira el rotor, las escobillas deslizan sobre las delgas pero conservan una posición invariable respecto de los polos. El portaescobillas suele ser de bronce o latón y está unido al soporte por medio de un bulón convenientemente aislado. Las escobillas que tengan la misma polaridad se conectan en paralelo a un mismo terminal de salida Página 5 / 16 para su conexión al exterior. El rotor se montará sobre un eje, que será el mismo para todos los grupos, este eje se conectará a un sistema de poleas (que no deberá ser construido por los alumnos), que servirá para poder elevar un determinado peso en el mínimo tiempo posible.

b. Señale los tipos de máquinas de corriente continua y su aplicabilidad.

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados en:    

Motor serie Motor compound Motor shunt Motor eléctrico sin escobillas

Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:   

Motor paso a paso Servomotor Motor sin núcleo.

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Trabajo Académico APLICABILIDAD Los motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas. Su reducido tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño, por ejemplo, taladros o batidoras. Su elevado par motor y alta eficiencia lo convierten en el motor ideal para la tracción de transportes pesados como trenes; así como la propulsión de barcos, submarinos y dúmperes de minería, a través del sistema Diésel-eléctrico. Cambio de sentido de giro Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como: Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con relés conmutadores Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases. De corriente continua Para motores de corriente continua es necesario invertir los contactos del par de arranque.

c. Analice y explique las especificaciones técnicas para la selección de motores de corriente continua.

Tipo de arranque Debemos estudiar el número y características de los arranques. Hay máquinas que requieren una fuerza de arranque que un motor no es capaz de soportar. Carga Consideraremos aquí su funcionamiento en carga o en vacío. En carga el motor está arrastrando cualquier objeto o soportando una 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. Mientras, un motor funciona en vacío, cuando no arrastra ningún objeto, ni soporta resistencia externa alguna. El eje gira libre y la resistencia se encuentra en factores internos. 41TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico Par motor Este dato nos va a dar la capacidad de arrastre del motor. En cualquier aplicación donde busquemos un movimiento o desplazamiento este parámetro será clave. Potencia eléctrica absorbida por el motor (en kW) Cuando la eficiencia es un factor clave para tu proyecto, deberás ponderar el nivel de potencia eléctrica que absorbe el motor en su funcionamiento. Rendimiento Deben estudiarse las pérdidas de energía que pueda sufrir el motor debido a factores externos (humedad, temperatura ambiental, propiedades de los materiales, etc.) e internos (propiedades de los materiales, motores con escobillas o o brushless). Variaciones y desarrollo del régimen de giro Existen muchos aspectos que pueden condicionar la velocidad de giro. Si nuestra aplicación necesita trabajar en múltiples velocidades, deberemos apostar por soluciones de accionamiento más versátiles Siempre que requiramos regular la velocidad de giro, necesitaremos contar con convertidores de frecuencia, lo que dificulta el proceso de selección. d. Ejemplifique didácticamente situaciones industriales y/o eléctricas donde se presentan estos tipos de motores.

Un motor funciona con carga al realizar un determinado trabajo (jalando, empujando objetos o soportando cualquier resistencia externa o carga) que lo obliga a absorber energía mecánica. Por ejemplo: una batidora encuentra resistencia al batir mayonesa; el motor de una grúa soporta las cargas que eleva, los elementos mecánicos de la grúa,…; el 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,… APLICACIONES DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA: 

Trenes de laminación reversibles.

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Trabajo Académico      

Trenes Konti. Son trenes de laminación en caliente con varios bastidores. Cizallas en trenes de laminación. Potencia: 9,2 KW/ 12 CV Motores para la industria del papel. Máquinas herramientas, máquinas extractoras, elevadores, ferrocarriles. Los motores desmontables para papeleras, trefiladoras, bobinadoras, tornos grandes. Grúas que requieran precisión de movimiento con carga variable (cosa casi imposible de conseguir con motores de corriente alterna).

SERVOMOTORES. Un servomotor es un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición.

Partes de un servomotor Motor de corriente continua, es el elemento que le brinda movilidad al servo. Cuando se aplica un potencial a sus dos terminales, este motor gira en un

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Trabajo Académico sentido a su velocidad máxima. Si el voltaje es inverso, el sentido de giro también se invierte. Engranajes reductores. Se encargan de convertir gran parte de la velocidad de giro del motor de corriente continua en torque o fuerza. Circuito de control. Este circuito es el encargado del control de la posición del motor. Recibe los pulsos de entrada y ubica al motor en su nueva posición dependiendo de los pulsos recibidos.

Funcionamiento El sistema servo se comunica mediante pulsos eléctricos a través de un circuito de control para determinar el ángulo de posición del motor.

La longitud del pulso determinará los giros de motor.

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Trabajo Académico Las aplicaciones específicas se hacen mediante programas (BasicX24, Basic Stamp o Atom Pro, etc) y podría ser en forma inalámbrica.

Dicho accionamiento aplica la cantidad de potencia necesaria sobre el motor para de esa forma mover la carga.

Aplicaciones La aplicación de los servomotores depende del trabajo a realizar.    

Trabajo de etiquetado de productos Automatización de plantas para producto farmacéutico y/o alimenticio. Cadena de producción de vehículos. Máquinas para cortar con láser. etc.

Ventajas  Utiliza la energía necesaria para realizar un determinado trabajo  El giro y su velocidad son controladas en forma proporcional.  Tienen mayor capacidad de sobrecarga de trabajo, entre 300 y 400 por ciento más, haciéndolos más rápido y potente que su velocidad y torque nominal.  Requieren menor mantenimiento a falta de fricción.  El tamaño de los servomotores es menor (entre 40 y 50 por ciento más livianos que los hidráulicos), esto no incide en su potencia.  Tiene buena capacidad de torque. -En fuerza y potencia, igualan a los motores mecánicos e hidráulicos.  Gracias a estas habilidades, los servos se usan en aplicaciones como corte. 45TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico

5. Selección de Motores de Inducción o Asíncronos: ( 4 PTS) a.

Elabore un diseño de las características y/o funcionamiento de una máquina asíncrona. (considerar módulos o maquetas de motores)

b.

Señale los tipos de máquinas de inducción y su aplicabilidad.

Nuestro estudio se orientará al control de los motores eléctricos de inducción trifásicos de baja tensión, del tipo jaula de ardilla, ya que la mayoría de las aplicaciones industriales utilizan estos motores.

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Trabajo Académico Motores trifásicos de inducción de baja tensión Cortesía de Leroy Somer APLICACIÓN Ascensores Bombas centrífugas Bombas de desplazamiento alternativo Bandas transportadoras Trituradoras Ventiladores Máquinas herramientas Embotelladoras Compresoras de arranque sin carga Hiladoras Voladoras garrotillo Desmenuzadoras de alimentos Industria papelera Industria petrolera Industria textil c.

Analice y explique las especificaciones técnicas para la selección de asíncronos o de inducción.

motores

Seleccionar un motor eléctrico asincrónico A la hora de seleccionar un motores eléctricos asincrónicos trifásicos y monofásicos es importante considerar los siguiente criterios que son los más utilizados para seleccionar el motor eléctrico más adecuado para la aplicación deseada. La potencia Es la fuerza que el motor genera para mover la carga en una determinada velocidad. Esta fuerza es medida en HP (horse power), cv (caballo vapor) o en kW (Kilowatt) Comentario: HP y cv son unidades diferentes de kW.

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Trabajo Académico

Para convertir los valores de unidades de potencia, usted puede usar las formulas abajo: Ejemplo: Dado un motor de 5,5 CV, transforme para kW: 5,50 X 0,736 = 4,04 (4,00kW) Nota: La potencia especificada en la placa de identificación del motor, indica la potencia mecánica disponible en la punta del eje. Para obtener la potencia eléctrica consumida por el motor (kW.h), se divide la potencia en kW por su eficiencia (η). Ejemplo: η = 84,5% (Dato de placa P (kW/h) = (4,00/ 0,845) 4,73 / kW h=

para

motor

de

4Kw

/

5,50

CV)

La rotación Es el numero de giros que el eje desorrolla por unidad de tiempo. La rotación normalmente es expresa en RPM (rotaciones por minuto). Para las frecuencias de 50 Hz y 60 Hz, tenemos:

Los motores de 2 y 4 polos son los más vendidos en el mercado. Deslizamiento: El concepto de deslizamiento es usado para describir la diferencia entre la rotación sincrónica y la rotación efectiva en la punta del eje del motor.

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Trabajo Académico Factores como la carga o inclusive la variación de la tensión de la red de alimentación, pueden influenciar en la rotación del motor. La tensión Tipos de tensión: Monofásica: Es la tensión medida entre fase y neutro. El motor monofásico normalmente está preparado para ser conectado en la red de 110 V o 220 V. Sin embargo, hay sitios donde la tensión monofásica puede ser 115 V, 230 V o 254 V. En estos casos debe ser aplicado un motor específico para estas tensiones. Trifásica: Es la tensión medida entre fases. Son los motores más utilizados, pues los motores monofásicos tienen limitación de potencia, y además de esto suministran rendimientos y pares menores, lo que aumenta su costo operacional. Las tensiones trifásicas más utilizadas son 220-230 V, 380-400 V a 50Hz y 440 V a 60Hz Los motores se suministran Standard de acuerdo con los siguientes parámetros de diseño : 

230/400 V D/Y 50 Hz (PN) / 275/480 V D/Y 60 Hz (PN * 1,2)



400/690 V D/Y 50 Hz (PN) / 480/830 V D/Y 60 Hz (PN * 1,2)

Los motores pueden trabajar sin cambiar la potencia nominal conectada a una toma de corriente aún cuando las fluctuaciones del voltaje (a frecuencia nominal) difiera N en un +/- 5% del valor nominal (patrón de voltaje en medida A). Los voltajes standard establecidos según normas DIN IEC 38 se toman como punto base. Por lo que la gama cubierta por un motor standard es : 

220-240 V / 380-420 V D/Y 50Hz (PN = 100%)



380-420 V / 660-720 V D/Y 50Hz (PN = 100%)



240-265 V / 420-460 V D/Y 60Hz (PN = 100%)



420-460 V / 720-800 V D/Y 60Hz (PN = 100%)



265-290 V / 460-500 V D/Y 60Hz (PN = 120%)



460-500 V / 790-870 V D/Y 60Hz (PN = 120%)

Los motores deben usarse con el voltaje especificado en DIN IEC 38 con una tolerancia total de +/- un 10%. 49TADUED20182DUEDUAP

Trabajo Académico La frecuencia Es el número de veces que un determinado evento se repite en un determinado intervalo de tiempo. La frecuencia de la red de alimentación utilizada en Latinoamérica es 50 Hz o 60 Hz, dependiendo del país. Eso significa que la tensión de la red repite su ciclo sesenta veces por segundo. La frecuencia es un factor importante, ya que influye directamente en la rotación del motor eléctrico. Un ejemplo para calcular la velocidad de un motor conociendo el numero de polos es: 

Ns = (60 x Hz) / (numero de polos / 2)

Ejemplo: Motor de 4 polos conectado a una linea de 50Hz le velocidad síncrona sería: 

Ns= (60×50) / (4/2) = 1500rpm

Esto es muy practico cuando variamos la frecuencia a través de variadores de velocidad, de esa manera podremosinformar al cliente a que velocidad girará el motor en función de la frecuencia que establezcamos. Grado de protección Es la protección del motor contra la entrada de cuerpos extraños (polvo, fibras, etc.), contacto accidental y penetración de agua. Así, por ejemplo, un equipamiento a ser instalado en un local sujeto a chorros de agua, debe poseer un envoltorio capaz de soportar tales chorros de agua, bajo determinados valores de presión y ángulo de incidencia, sin que haya penetración que pueda ser perjudicial al funcionamiento del motor. El grado de protección es definido por dos letras (IP) seguido de dos dígitos. El primer dígito indica protección contra la entrada de cuerpos extraños y contacto accidental, mientras el segundo dígito indica la protección contra la entrada de agua.

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Trabajo Académico

La carcasa El tipo de carcasa es un dato fundamental en la elección del motor eléctrico, ya que permite identificar gran parte de sus dimensiones mecánicas. El tamaño de la carcasa es definido por la potencia y rotación del motor y es identificado por la letra H, que va desde la base de soporte del motor hasta el centro del eje, medida en mm. La altura H es exactamente igual al modelo de la carcasa del motor, tratándose de motores IEC. Las formas constructivas Las formas constructivas definen cómo el motor va a ser fijado y acoplado a la carga. Los motores son normalmente suministrados en la forma constructiva B3D, (montaje en la posición horizontal, motor con patas, eje a la derecha mirando hacia la caja de conexión) Las demás formas constructivas pueden ser observadas en la tabla abajo.

Las clases de aislamiento La clase de aislamiento define la temperatura de operación de los materiales aislantes utilizados en el devanado del motor.

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Trabajo Académico Los motores normalmente son fabricados con clase de aislamiento F, que permite una temperatura máxima de operación de 155°, pero los motores también pueden ser fabricados con clase de aislamiento H, cuya temperatura máxima de operación permitida es de 180°. La temperatura de la clase de aislamiento no significa la temperatura ambiente máxima, y sí la máxima temperatura que soportará el aislamiento del motor. La ventilación El sistema de ventilación es responsable por la refrigeración del motor. Los motores IP55 (cerrados) son generalmente suministrados con sistema de ventilación TCVE o TEFC. Los motores con grado de protección IP23(abiertos) poseen sistema de ventilación interna.

d.

Ejemplifique didácticamente situaciones industriales y/o eléctricas donde se presentan estos tipos de motores.

Los motores asíncronos MENZEL de anillos rozantes cumplen los estándares técnicos en relación con tamaño, potencia, rentabilidad y fiabilidad. Se utilizan en los más diversos sectores, como el cemento, el papel, el agua o el acero para el accionamiento de molinos, compresores, ventiladores, refinerías y trituradoras. Nuestros motores asíncronos trifásicos con rotor de anillos rozantes están dimensionados tanto para baja tensión como para media y alta de tensión hasta 15.000 kW. Se fabrican en todos los tipos de refrigeración y protección. 

Motor asíncrono de anillos rozantes ventilados mediante corriente de aire (IC 01)



Motores asíncronos de anillos rozantes refrigerados mediante su carcasa enervada (IC 411)



Motores asíncronos de anillos rozantes con intercambiador de calor aire-aire (IC 611, IC 616 e IC 666)



Motores asíncronos de anillos rozantes con intercambiador de calor aire-agua (IC 81W)



Motores asíncronos de anillos rozantes refrigerados mediante tubos (IC 511)

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