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    20-Jun-2015

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trbajo de tipos de maquinas y trnaformadores

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<p>MAQUINAS ELECTRICAS______________________________________________________________________</p> <p>YAROLY BRAVO MUOZ JUVENAL REINOSO 07/07/10 ELECTRICIDAD</p> <p>IntroduccinIntroduccin Los motores elctricos de induccin en corriente alterna, son los dispositivos ms usados cotidianamente para la ejecucin de trabajos mecnicos. Los encontramos en todo tipo de aplicacin: ventilacin, refrigeracin, aire acondicionado, bombeo, molinos, medios transportadores, etc., etc. Las principales causas por las que estos dispositivos sufren daos irreparables, se deben a las alteraciones del suministro elctrico, exceso de trabajo mecnico asociado y problemas en la instalacin elctrica que alimenta al motor. En un segundo plano se encuentran los problemas asociados al deterioro de las partes que componen el motor. Tanto los motores monofsicos como los trifsicos son susceptibles a desperfectos debido a las causas antes mencionadas. Alteraciones del suministro elctrico El desbalance de voltaje, la prdida de una fase, la inversin de secuencia, el bajo voltaje y alto voltaje son alteraciones del suministro elctrico que causan daos irreversibles a los motores elctricos. Estas alteraciones daan los motores y reducen su tiempo de vida. Incluso, pueden ocasionar accidentes que involucren al personal humano que interacten con ellos. .-Suministro Elctrico: La distribucin de energa elctrica consiste en el suministro de energa, mediante tres ondas de tensin sinusoidales desfasadas una de la otra en 120 grados. Una manera de representar estas formas de onda es la grfica de voltaje en funcin del tiempo:</p> <p>Maquinarias Elctricas:Una mquina elctrica es un dispositivo que transforma la energa cintica en otra energa, o bien, en energa potencial pero con una presentacin distinta, pasando esta energa por una etapa de almacenamiento en un campo magntico. Se clasifican en tres grandes grupos: generadores, motores y transformadores. Los generadores transforman energa mecnica en elctrica, mientras que los motores transforman la energa elctrica en mecnica haciendo girar 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 energa pero transforman sus caractersticas. Una mquina elctrica tiene un circuito magntico y dos circuitos elctricos. Normalmente uno de los circuitos elctricos se llama excitacin, porque al ser recorrido por una corriente elctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la mquina. Desde una visin mecnica, las mquinas elctricas se pueden clasificar en rotativas y estticas. Las mquinas rotativas estn provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las mquinas estticas no disponen de partes mviles, como los transformadores. En las mquinas rotativas hay una parte fija llamada estator y una parte mvil llamada rotor. Normalmente el rotor gira en el interior del estator. Al espacio de aire existente entre ambos se le denomina entrehierro. Los motores y generadores elctricos son el ejemplo mas simple de una maquina rotativa. Una mquina elctrica es un dispositivo que transforma la energa elctrica en otra energa, o bien, en energa elctrica pero con una presentacin distinta, pasando esta energa por una etapa de almacenamiento en un campo magntico [1]. Se clasifican en tres grandes grupos: 1. 2. 3.y y y</p> <p>Generadores. Motores. Transformadores.</p> <p>Los generadores transforman energa mecnica en elctrica, y lo inverso sucede en los motores. El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energa pero transforman sus caractersticas.</p> <p>Una mquina elctrica tiene un circuito magntico y dos circuitos elctricos. Normalmente uno de los circuitos elctricos se llama excitacin, porque al ser recorrido por una corriente elctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la mquina. Desde una visin mecnica, las mquinas elctricas se pueden clasificar en:</p> <p>1. 2.</p> <p>Rotativas (Generadores y Motores). Estticas (Transformadores).</p> <p>Las mquinas rotativas estn provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las mquinas estticas no disponen de partes mviles, como los transformadores. Para el estudio a realizar a continuacin se clasificaran las mquinas como lo anteriormente visto: rotativas y estticas. Potencia de las mquinas elctricas. La potencia de una mquina elctrica es la energa desarrollada en la unidad de tiempo. La potencia de un motor es la que se suministra por su eje. Una dinamo absorbe energa mecnica y suministra energa elctrica, y un motor absorbe energa elctrica y suministra energa mecnica. La potencia que da una mquina en un instante determinado depende de las condiciones externas a ella; en una dinamo del circuito exterior de utilizacin y en un motor de la resistencia mecnica de los mecanismos que mueve. Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las caractersticas de la mquina, es la potencia nominal, que se define como la que puede suministrar sin que la temperatura llegue a los lmites admitidos por los materiales aislantes empleados. Cuando la mquina trabaja en esta potencia se dice que est a plena carga. Cuando una mquina trabaja durante breves instantes a una potencia superior a la nominal se dice que est trabajando en sobrecarga. Clasificacin segn el servicio. Es importante conocer la clase de servicio a la que estar sometida una mquina:y y y</p> <p>y</p> <p>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 mquinas que trabajan constantemente pero en las que el rgimen de carga vara de un momento a otro. Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo estn separados por tiempos de reposo. Factor de marcha es la relacin entre el tiempo de trabajo y la duracin total del ciclo de trabajo. Servicio unihorario: La mquina est una hora en marcha a un rgimen constante superior al continuo, pero no llega a alcanzar la temperatura que ponga en peligro los materiales aislantes. La temperatura no llega a estabilizarse.</p> <p>Rendimiento. De manera general, se define como la relacin entre la potencia til y la potencia absorbida expresada en %</p> <p>Mquinas elctricas rotativas. Muchos dispositivos pueden convertir energa elctrica a mecnica y viceversa [2]. La estructura de estos dispositivos puede ser diferente, dependiendo de las funciones que realicen. Algunos dispositivos son usados para conversin continua de energa, y son conocidos como motores y generadores. Otros dispositivos pueden ser: actuadores, tales</p> <p>como solenoides, rels y electromagnetos. Todos ellos son fsica y estructuralmente diferentes, pero operan con principios similares. Un dispositivo electromecnico de conversin de energa es esencialmente un medio de transferencia entre un lado de entrada y uno de salida, como lo muestra la Fig. 1.1. En el caso de un motor, la entrada es la energa elctrica, suministrada por una fuente de poder y la salida es energa mecnica enviada a la carga, la cual puede ser una bomba, ventilador, etc. El generador elctrico convierte la energa mecnica por una mquina prima (turbina) a energa elctrica en el lado de la salida. La mayora de estos dispositivos pueden funcionar, tanto como motor, como generador.</p> <p>Fig. 1. 1. Diagrama de bloques de dispositivos electromecnicos de conversin de energa, (a) motor, (b) generador. Flujos de potencia y prdidas: Un sistema electromecnico de conversin tiene tres partes esenciales: (1) Un sistema elctrico. (2) Un sistema mecnico. (3) Un campo que los une. Las prdidas las podemos clasificar dentro de las siguientes categoras: 1.- Prdidas en el cobre de los devanados (rotor y estator): Las prdidas en el cobre de una mquina son las prdidas por calentamiento debido a la resistencia de los conductores del rotor y del estator: P=I2R. 2.- Prdidas en el ncleo: Las prdidas del ncleo se deben a la histresis y a las corrientes parsitas. Con frecuencia a estas prdidas se les conoce como prdidas de vaco o prdidas rotacionales de una mquina. En vaco, toda la potencia que entra a la mquina se convierte en estas prdidas. 3.- Prdidas mecnicas: Las prdidas mecnicas se deben a la friccin de los rodamientos y con el aire.</p> <p>4.- Prdidas adicionales: Las prdidas adicionales son todas aquellas prdidas que no se pueden clasificar en ninguna de las categoras descritas arriba. Por convencin, se asume que son iguales al 1% de salida de la mquina. La eficiencia de una mquina es una relacin entre su potencia til de salida y su potencia total = (Psal/Pent) 100.Lde entrada: Panormica sobre el uso de las mquinas elctricas rotativas. Como se ha expuesto anteriormente, con estos dispositivos electromecnicos de conversin, podemos transformar energa en ambos sentidos (MECANICAELECTRICA). Esto ha sido aprovechado por el hombre para construir sus sistemas generadores, transmisores y consumidores de potencia, los cuales son la base del desarrollo y actividad mundial. La figura 1.2 muestra a grandes rasgos un sistema de estos.</p> <p>Fig. 12. Sistema de generacin, transmisin, distribucin, y consumo de energa. En la figura apreciamos que se utiliza una fuente de energa mecnica para mover el generador elctrico. Esta fuente de energa mecnica puede ser la turbina de una hidroelctrica o estar movida por el vapor de agua de una caldera o reactor nuclear; tambin podemos quemar combustible fsil en un motor de combustin interna. El generador produce tpicamente un nivel de 10 KV con grandes corrientes. Aqu termina la parte de "generacin". 10 KV no es el nivel de voltaje adecuado para transmitir la energa elctrica a grandes distancias, ya que las corrientes en las lneas seran muy grandes y las prdidas I2R seran altsimas; por eso se eleva el voltaje a 400 KV y se reducen en 40 veces las corrientes, con lo que las prdidas I2R disminuyen 1600 veces y el requerimiento del calibre del cable baja. Al llegar a los centros de consumo (ciudades, corredores industriales, etc.), debemos reducir el nivel de voltaje a valores ms seguros para la poblacin (tpicamente 13.5 KV). La distribucin es el paso anterior al consumo. Finalmente, la energa llega al hogar, industria, etc., con un nivel seguro de 110 V, 220 V, donde es consumida en iluminacin, refrigeracin, calefaccin, motores, etc. Aqu cabe tambin dar mrito al transformador por su participacin en el sistema, la cual eleva la eficiencia de dicho sistema, evitando prdidas y aumentando la seguridad en el manejo de la energa.</p> <p>Conversin electromagntica. Como vimos anteriormente, el intermediario entre la energa mecnica-elctrica y viceversa resulta de los dos siguientes fenmenos electromagnticos: 1.- Cuando un conductor se mueve dentro de un campo magntico, existe un voltaje inducido en el inductor (conductor). 2.- Cuando un conductor con corriente es colocado en un campo magntico, el conductor experimenta fuerza mecnica. Esos dos efectos ocurren simultneamente donde la conversin de energa se lleva a cabo. En accin motora, el sistema elctrico hace fluir una corriente a travs de conductores localizados en un campo magntico. Una fuerza es producida en cada conductor. Si el conductor tiene la posibilidad de rotar libremente, le ser proporcionado un torque que tender a hacerlo rotar. Si los conductores giran en un campo magntico, un voltaje ser inducido en cada conductor. En la accin generadora, el proceso es al revs: la estructura giratoria (rotor) es movida por una mquina prima externa, entonces, un voltaje se inducir en los conductores. Si una carga elctrica es conectada a ellos, una corriente "I" fluir, entregando energa a la carga. Sin embargo, la corriente fluyendo a travs del conductor interactuar con el campo magntico que producir un torque de reaccin, que tender a oponerse al torque aplicado por la mquina prima. Note que en ambas acciones generadoras y motoras, el campo magntico acoplador est relacionado con la produccin del torque y del voltaje inducido. Voltaje inducido (e) Una expresin puede ser derivada para el voltaje inducido en un conductor movindose en un campo magntico (fig. 1.3). Si un conductor de longitud "l" se mueve en una lnea con velocidad "v" en un campo magntico "B". El voltaje inducido en el conductor es: e = l (yv x B)</p> <p>Fig. 1.3. Conductor movindose en un campo magntico. donde B, l y v son mutuamente perpendiculares. Fuerza electromagntica (f) Para el conductor con corriente mostrado en la figura 1.4, la fuerza (conocida como fuerza de Lorentz) producida por el conductor es: F = i (yv x B)</p> <p>Fig. 1.4. Conductor con corriente movindose en un campo magntico. donde B, l, i son mutuamente perpendiculares. Mquina rotativa elemental.y</p> <p>Clasificacin [3]</p> <p>y</p> <p>Estructura. La estructura de una mquina elctrica tiene dos componentes principales: estator y rotor, separados por un entrehierro.</p> <p>Estator. El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotacin de la mquina. El estator no se mueve mecnicamente, pero si magnticamente. Existen dos tipos de estatores: a) b) Estator de polos salientes Estator rasurado</p> <p>El estator est constituido principalmente de un conjunto de lminas de acero al silicio (y se les llama "paquete"), que tienen la habilidad de permitir que pase a travs de ellas el flujo magntico con facilidad; la parte metlica del estator y los devanados proveen los polos magnticos. Los polos de una mquina siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mnimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur). Rotor. El rotor es el elemento de transferencia mecnica, ya que de l depende la conversin de energa. Los rotores, son un conjunto de lminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser bsicamente de tres tipos: a) b) c) Rotor ranurado Rotor de polos salientes Rotor jaula de ardilla</p> <p>Carcasa. La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricacin depende del tipo de mquina, de su diseo y su aplicacin. As pues, la carcasa puede ser: a) b) c) d) e) Totalmente cerrada Abierta A prueba de goteo A prueba de explosiones De tipo sumergible</p> <p>Base. La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecnica de operacin de la mquina, puede ser de dos tipos: a) b) Base frontal Base lateral</p> <p>Caja de conexiones. Por lo general, en la mayora de los casos las mquinas elctricas cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardndolos de la operacin mecnica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera daarlos. Tapas. Son los elementos que van a sostener en la gran mayora de los casos a los cojinetes o rodamientos que soportan la accin del rotor. Cojinetes. Tambin conocidos como rodamientos, contribuyen a la ptima operacin...</p>