FICHA DE APRENDIZAJEMÁQUINAS ELÉCTRICAS

HELLEN MONTERO ROMERO

MANTENIMIENTO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS

PROFESOR: LUIS FERNANDO CORRALES

ONDA SENOIDAL

• REPRESENTA EL VALOR DE LA TENSIÓN DE LA CORRIENTE ALTERNA A TRAVÉS DE UN TIEMPO CONTINUAMENTE VARIABLE, EN UN PAR DE EJES CARTESIANOS MARCADOS EN AMPLITUD Y TIEMPO.

• LA CORRIENTE ALTERNA SE GENERA POR DIFERENTES MÉTODOS. LOS MÁS UTILIZADOS SON LOS MECÁNICOS ROTATIVOS, O ALTERNADORES DE LAS BOBINAS ELÉCTRICAS, PARA GRANDES POTENCIAS, Y LOS ELECTRÓNICOS CUANDO LAS MISMAS SON PEQUEÑAS.

• SI REPRESENTAMOS ESTA LEY DE VARIACIÓN EN UN PAR DE EJES CARTESIANOS MARCADOS EN AMPLITUD Y TIEMPO, SE PRODUCIRÁN GRÁFICAS CON DIFERENTES FORMAS GEOMÉTRICAS QUE IDENTIFIQUEN LA CORRIENTE. LAS FORMAS DE ONDAS MÁS COMUNES SON:

• LA SENOIDAL,

• LA CUADRADA,

• LA TRIANGULAR,

• LA DIENTE DE SIERRA

• TODAS SE PRESENTAN EN DISTINTOS TIPOS MUY VARIADOS.

VALOR EFICAZ• SE LLAMA VALOR EFICAZ DE UNA CORRIENTE ALTERNA, AL VALOR QUE TENDRÍA UNA

CORRIENTE CONTINUA QUE PRODUJERA LA MISMA POTENCIA QUE DICHA CORRIENTE ALTERNA, AL APLICARLA SOBRE UNA MISMA RESISTENCIA.

ES DECIR, SE CONOCE EL VALOR MÁXIMO DE UNA CORRIENTE ALTERNA (I0).

SE APLICA ÉSTA SOBRE UNA CIERTA RESISTENCIA Y SE MIDE LA POTENCIA PRODUCIDA SOBRE ELLA.

• PARA UNA SEÑAL SINUSOIDAL, EL VALOR EFICAZ DE LA TENSIÓN ES:

• Y DEL MISMO MODO PARA LA CORRIENTE

LA POTENCIA EFICAZ RESULTARÁ SER:______________

• ES DECIR QUE ES LA MITAD DE LA POTENCIA MÁXIMA (O POTENCIA DE PICO)

• LA TENSIÓN O LA POTENCIA EFICAZ, SE NOMBRAN MUCHAS VECES POR LAS LETRAS RMS. O SEA, EL DECIR 10 VRMS Ó 15 WRMS SIFNIFICARÁN 10 VOLTIOS EFICACES Ó 15 WATIOS EFICACES, RESPECTIVAMENTE.

VALOR RMS:• 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 DIRECTA.

• EJEMPLO: 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 TERMINO “EFECTIVO”

EL VALOR EFECTIVO DE UNA ONDA ALTERNA SE OBTIENE MULTIPLICANDO SU VALOR MÁXIMO POR 0.707.

ENTONCES VRMS = VPICO X 0.707

LA CORRIENTE ALTERNA Y LOS VOLTAJES (CUANDO SON ALTERNOS) SE EXPRESAN DE FORMA COMÚN POR SU VALOR EFECTIVO O RMS (ROOT MEAN SQUARE – RAÍZ MEDIA CUADRÁTICA). CUANDO SE DICE QUE EN NUESTRAS CASAS TENEMOS 120 O 220 VOLTIOS, ÉSTOS SON VALORES RMS O EFICACES.

ARMÓNICO O ARMÓNICA• LOS ARMÓNICOS SON DISTORSIONES DE LAS ONDAS SENOSOIDALES DE TENSIÓN Y/O

CORRIENTE DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS, DEBIDO AL USO DE CARGAS CON IMPEDANCIA NO LINEAL, A MATERIALES FERROMAGNÉTICOS, Y EN GENERAL AL USO DE EQUIPOS QUE NECESITEN REALIZAR CONMUTACIONES EN SU OPERACIÓN NORMAL.

• LA APARICIÓN DE CORRIENTES Y/O TENSIONES ARMÓNICAS EN EL SISTEMA ELÉCTRICO CREA PROBLEMAS TALES COMO, EL AUMENTO DE PÉRDIDAS DE POTENCIA ACTIVA, SOBRETENSIONES EN LOS CONDENSADORES, ERRORES DE MEDICIÓN, MAL FUNCIONAMIENTO DE PROTECCIONES, DAÑO EN LOS AISLAMIENTOS, DETERIORO DE DIELÉCTRICOS, DISMINUCIÓN DE LA VIDA ÚTIL DE LOS EQUIPOS, ENTRE OTROS.

• LOS ARMÓNICOS SE DEFINEN HABITUALMENTE CON LOS DOS DATOS MÁS IMPORTANTES QUE LES CARACTERIZAN, QUE SON:

• SU AMPLITUD: HACE REFERENCIA AL VALOR DE LA TENSIÓN O INTENSIDAD DEL ARMÓNICO,

• SU ORDEN: HACE REFERENCIA AL VALOR DE SU FRECUENCIA REFERIDO A LA FUNDAMENTAL (60 HZ). ASÍ, UN ARMÓNICO DE ORDEN 3 TIENE UNA FRECUENCIA 3 VECES SUPERIOR A LA FUNDAMENTAL, ES DECIR 3 * 60 HZ = 180 HZ.

• EL ORDEN EL ARMÓNICO, TAMBIÉN REFERIDO COMO EL RANGO DEL ARMÓNICO, ES LA RAZÓN ENTRE LA FRECUENCIA DE UN ARMÓNICO FN Y LA FRECUENCIA DEL FUNDAMENTAL (60 HZ).

• IMPEDANCIA:EN LOS CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA (AC) LOS RECEPTORES PRESENTAN UNA OPOSICIÓN A LA CORRIENTE QUE NO DEPENDE ÚNICAMENTE DE LA RESISTENCIA ÓHMICA DEL MISMO, PUESTO QUE LOS EFECTOS DE LOS CAMPOS MAGNÉTICOS VARIABLES (BOBINAS) TIENEN UNA INFLUENCIA IMPORTANTE. EN AC, LA OPOSICIÓN A LA CORRIENTE RECIBE EL NOMBRE DE IMPEDANCIA (Z), QUE OBVIAMENTE SE MIDE EN Ω. LA RELACIÓN ENTRE V, I, Z, SE DETERMINA MEDIANTE LA "LEY DE OHM GENERALIZADA".

• REACTANCIA CAPACITIVA:LA REACTANCIA CAPACITIVA ES EL TIPO DE REACTANCIA QUE SE OPONE AL CAMBIO DEL VOLTAJE POR LO CUAL SE DICE QUE LA CORRIENTE (I) ADELANTA AL VOLTAJE (V) POR 90°, POR LO CUAL AL REPRESENTAR ESTE DESFASAMIENTO EN UN DIAGRAMA DE ONDA SENOIDAL Y/O DE FASORES LA CORRIENTE IRÁ 90° ADELANTE DEL VOLTAJE.

• REACTANCIA INDUCTIVA:EN LA REACTANCIA INDUCTIVA ES LO CONTRARIO A LA CAPACITIVA, EN ESTE CASO LA CORRIENTE SERÁ LA QUE SEA ADELANTADA POR EL VOLTAJE PUESTO QUE LA REACTANCIA INDUCTIVA SE OPONE A LOS CAMBIOS DE VOLTAJE.

• CAMPO MAGNÉTICO:

EL CAMPO MAGNÉTICO B ES UNA MAGNITUD VECTORIAL. PUEDE ESTAR PRODUCIDO POR UNA CARGA PUNTUAL EN MOVIMIENTO O POR UN CONJUNTO DE CARGAS EN MOVIMIENTO, ES DECIR, POR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA.

• DENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO:

ES EL FLUJO MAGNÉTICO POR UNIDAD DE ÁREA DE UNA SECCIÓN NORMAL A LA DIRECCIÓN DEL FLUJO, Y ES IGUAL A LA INTENSIDAD DEL CAMPO MAGNÉTICO; LA UNIDAD DE LA DENSIDAD EN EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES ES EL TESLA.

• PERMEABILIDAD:

LA CAPACIDAD DE UNA SUSTANCIA O MEDIO PARA ATRAER Y HACER PASAR A TRAVÉS DE ELLA CAMPOS MAGNÉTICOS, LA CUAL ESTÁ DADA POR LA RELACIÓN ENTRE LA INDUCCIÓN MAGNÉTICA EXISTENTE Y LA INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO QUE APARECE EN EL INTERIOR DE DICHO MATERIAL.

• FUERZA DE LORENZ:

CUANDO UNA CARGA ELÉCTRICA EN MOVIMIENTO, SE DESPLAZA EN UNA ZONA DONDE EXISTE UN CAMPO MAGNÉTICO, ADEMÁS DE LOS EFECTOS REGIDOS POR LA LEY DE COULOMB, SE VE SOMETIDA A LA ACCIÓN DE UNA FUERZA. SUPONGAMOS QUE UNA CARGA Q, QUE SE DESPLAZA A UNA VELOCIDAD V, EN EL INTERIOR DE UN CAMPO MAGNÉTICO B. ESTE CAMPO GENERA QUE APAREZCA UNA FUERZA F, QUE ACTÚA SOBRE LA CARGA Q, DE MANERA QUE PODEMOS EVALUAR DICHA FUERZA POR LA EXPRESIÓN:

• VOLTAJE INDUCIDO EN UN CONDUCTOR:

ES TODA CAUSA CAPAZ DE MANTENER UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE DOS PUNTOS DE UN CIRCUITO ABIERTO O DE PRODUCIR UNA CORRIENTE ELÉCTRICA EN UN CIRCUITO CERRADO. ES UNA CARACTERÍSTICA DE CADA GENERADOR ELÉCTRICO. CON CARÁCTER GENERAL PUEDE EXPLICARSE POR LA EXISTENCIA DE UN CAMPO ELECTROMOTOR VΕ CUYA CIRCULACIÓN, VΕ , DEFINE EL VOLTAJE INDUCIDO DEL GENERADOR.

• DIRECCIÓN DE FUERZA DEL CAMPO MAGNÉTICO EN UN CONDUCTOR RECTO:

EN LA FIGURA, SE MUESTRA LA DIRECCIÓN Y SENTIDO DE LA FUERZA QUE EJERCE EL CAMPO MAGNÉTICO B SOBRE UN PORTADOR DE CARGA POSITIVO Q, QUE SE MUEVE HACIA LA IZQUIERDA CON VELOCIDAD V.

CALCULEMOS LA FUERZA SOBRE TODOS LOS PORTADORES (NSL) DE CARGA CONTENIDOS EN LA LONGITUD L DEL CONDUCTOR.

EL VECTOR UNITARIO UT=V/V TIENE LA MISMA DIRECCIÓN Y SENTIDO QUE EL VECTOR VELOCIDAD, O EL SENTIDO EN EL QUE SE MUEVEN LOS PORTADORES DE CARGA POSITIVA.

• HISTÉRESIS

- CUANDO UN MATERIAL FERROMAGNÉTICO, SOBRE EL CUAL HA ESTADO ACTUANDO UN CAMPO MAGNÉTICO, CESA LA APLICACIÓN DE ESTE, EL MATERIAL NO ANULA COMPLETAMENTE SU MAGNETISMO, SINO QUE PERMANECE UN CIERTO MAGNETISMO REMANENTE. PARA DESIMANTARLO SE PRECISA LA APLICACIÓN DE UN CAMPO CONTRARIO AL INICIAL.

• CORRIENTES PARASITAS O DE FOUCAULT

- LAS CORRIENTES PARASITAS SE PRODUCEN CUANDO UN CONDUCTOR ATRAVIESA UN CAMPO MAGNÉTICO VARIABLE, O VICEVERSA. EL MOVIMIENTO RELATIVO CAUSA UNA CIRCULACIÓN DE ELECTRONES, O CORRIENTE INDUCIDA DENTRO DEL CONDUCTOR. ESTAS CORRIENTES CIRCULARES CREAN ELECTROIMANES CON CAMPOS MAGNÉTICOS QUE SE OPONEN AL EFECTO DEL CAMPO MAGNÉTICO APLICADO. CUANTO MÁS FUERTE SEA EL CAMPO MAGNÉTICO APLICADO, O MAYOR LA CONDUCTIVIDAD DEL CONDUCTOR, O MAYOR LA VELOCIDAD RELATIVA DE MOVIMIENTO, MAYORES SERÁN LAS CORRIENTES PARASITAS Y LOS CAMPOS OPOSITORES GENERADOS.

• FUERZA

- EL TRABAJO REALIZADO PARA MOVER LA CARGA ELÉCTRICA RECIBE EL NOMBRE DE FUERZA.

• MOMENTO DE TORSIÓN

-SE DEFINE COMO LA TENDENCIA A PRODUCIR UN CAMBIO EN EL MOVIMIENTO ROTACIONAL. SE DETERMINA POR TRES FACTORES: - LA MAGNITUD DE LA FUERZA APLICADA - LA DIRECCIÓN DE LA FUERZA APLICADA - LA UBICACIÓN DE LA FUERZA APLICADA.

• TRABAJO MECÁNICO

- SE LLAMA TRABAJO MECÁNICO A AQUEL DESARROLLADO POR UNA FUERZA CUANDO ÉSTA LOGRA MODIFICAR EL ESTADO DE MOVIMIENTO QUE TIENE UN OBJETO. EL TRABAJO MECÁNICO EQUIVALE, POR LO TANTO, A LA ENERGÍA QUE SE NECESITA PARA MOVER EL OBJETO EN CUESTIÓN.

• POTENCIA

- ES LA RELACIÓN DE PASO DE ENERGÍA DE UN FLUJO POR UNIDAD DE TIEMPO; ES DECIR, LA CANTIDAD DE ENERGÍA ENTREGADA O ABSORBIDA POR UN ELEMENTO EN UN TIEMPO DETERMINADO.

• POTENCIA DE UN MOTOR

LA POTENCIA ES LA RAPIDEZ CON QUE PUEDE TRABAJAR EL MOTOR, ES DECIR, ES LA VELOCIDAD CON QUE SE PUEDE REALIZAR UNA LABOR. AHORA, MATEMÁTICAMENTE, SE REFIERE A LA CANTIDAD DE TRABAJO REALIZADO EN UNA UNIDAD DE TIEMPO (POTENCIA= TRABAJO / TIEMPO). SE MIDEN EN CV (CABALLO DE VAPOR), KW (KILOVATIOS).

• TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA EN UNA MÁQUINA

• EN UNA MÁQUINA SE PUEDEN DAR VARIAS TRANSFORMACIONES TALES COMO: LA ENERGÍA MECÁNICA (ENERGÍA POTENCIAL ACUMULADA EN UN RESORTE O ENERGÍA CINÉTICA DE UN AUTO EN MOVIMIENTO.

ENERGÍA TÉRMICA (CALOR LIBERADO POR UNA ESTUFA POR FRICCIÓN O POR EL SOL)

ENERGÍA QUÍMICA (ENERGÍA CONTENIDA EN LA DINAMITA, EN EL CARBÓN O EN UNA BATERÍA DE ALMACENAMIENTO ELÉCTRICO)

ENERGÍA ELÉCTRICA (ENERGÍA PRODUCIDA POR UN GENERADOR O POR ILUMINACIÓN)

ENERGÍA ATÓMICA (ENERGÍA LIBERADA CUANDO EL NÚCLEO DE UN ÁTOMO ES MODIFICADO)

• EFICIENCIA DE LAS MÁQUINAS

• SE SUPONE QUE LAS MÁQUINAS TRANSMITEN TODA LA FUERZA QUE SE LES COMUNICA, PERO ESTA NO ES LA REALIDAD PUES PARTE DE LA FUERZA SE PIERDE EN LA PRÁCTICA, GASTÁNDOSE EN ROZAMIENTOS, CHOQUES, ENTRE OTROS. LA PARTE ABSORBIDA POR ESTA RESISTENCIA SE LLAMA "TRABAJO PASIVO" Y LA QUE RESULTA EFECTIVA PARA EL FIN INTENTADO POR LA MÁQUINA SE LLAMA "TRABAJO ÚTIL".

EL COCIENTE DEL TRABAJO ÚTIL POR EL TRABAJO DEL MOTOR (EL DE LA POTENCIA) CONSTITUYE EL RENDIMIENTO DE LA MÁQUINA.