Plantas Generadoras Motores y generadores eléctricos.

Plantas Generadoras
Motores y generadores eléctricos.
Objetivo:

Comprender el funcionamiento y partes de un motor eléctrico.
Motor eléctrico: Es un aparato que transforma la energía eléctrica a energía
mecánica. La cual la lleva a cabo gracias a un imán permanente y a otro creado por la
corriente eléctrica.
Partes de un motor eléctrico:
a) Rotor: debido a que rota.
b) Estator: productor del
campo permanente.
c) Conmutador: invierte el
sentido de la corriente.
d) Escobilla: contacto entre el
conmutador y el circuito
eléctrico.
Funcionamiento del motor.
Cuando por un enrollamiento de
alambre (bobina) hacemos pasar una
corriente eléctrica I, señalada con
rojo, se crea un campo magnético, el
cual se opone al campo magnético
permanente creado por los imanes.
Lo cual provoca un movimiento circular
de la bobina, dependiendo de cual sea el
sentido de la corriente por los alambres.
En este caso, la bobina gira en el
sentido de las manecillas del reloj.
El sentido de la corriente se puede
invertir. Debido a que el motor gira y en el
punto A las puntas del alambre cambian de
polo y con ello la corriente cambia de
sentido, por lo tanto, el movimiento del
motor también lo hace. Después, con ayuda de engranes y palancas podemos aprovechar
éste movimiento para realizar un trabajo mecánico.
Ing. Narciso Beyrut Ruiz
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30/08/2016
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Un motor eléctrico
aprovecha la energía
eléctrica para
producir energía
mecánica.
Un generador
eléctrico aprovecha la
energía mecánica para
producir energía
eléctrica.
Diferencia entre un motor y un generador electrico.
Corriente alterna: es la corriente eléctrica generada por un generador eléctrico el
cual puede cambiar la dirección de la corriente eléctrica que produce, al modificar el giro
de su bobina.
La corriente directa: es la corriente electrica generada por un generador eléctrico el
cual conserva una misma dirección del movimiento de su bobina.
Potencia eléctrica.
Objetivo:

Comprender el concepto de potencia eléctrica como una manifestación directa de la
resistencia eléctrica.
Potencia eléctrica.
Cuando cuentas con un circuito eléctrico como un cautín o una plancha, notarás que
ellos se calientan; este calentamiento proviene de la resistencia que ponen los cuerpos al
paso de la corriente eléctrica.
La corriente eléctrica cuenta con una energía, la cual está dada en volts, esta energía
provoca que los electrones se muevan a mucha velocidad dentro de los conductores,
aproximadamente 1.47 x 10-4 m/s. Cuando los electrones chocan con las moléculas del
material, éstas se calientan. Para ilustrar esto, golpea con la mano extendida una mesa,
después de muchos golpes tendrás la sensación de tener caliente la mano, el calor
producido está relacionado con la cantidad de corriente que pasa por el cuerpo y la energía
que lleva.
Definimos potencia eléctrica como el producto de la corriente eléctrica I y el voltaje (
V).
Potencia = (corriente) x (voltaje)
P = I V usando la ley de Ohm P = I2 R.
La potencia es la cantidad de
energía que disipa una resistencia
en el tiempo y sus unidades son los
watts.
1 watt =
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Problema:
Un foco de 100 watts de potencia es conectado a un circuito de 110 V ¿Cuál es la
corriente que circula por el foco? ¿Cuál es la resistencia del foco?
Datos
Modelos
matemáticos:
Potencia=100 watts
P = IV
Voltaje=110 volts
P = I R2
Corriente del foco=?
Resistencia en el foco=?
V=RI
Sustituciones y operaciones:
Del modelo P = I V, despejamos a I.
I=
I=
Por el foco circulan 0.9 Amperios de corriente. Con ayuda de la ley de Ohm,
calculamos la resistencia del foco:
V = RI despejando R
R=
R=
El foco cuenta con una resistencia de 122.2 Ohm.
La ley de Ohm y la ecuación de potencia eléctrica nos ayudan a encontrar los valores
correctos de los elementos de un circuito eléctrico, así como el gasto energético que ellos
producirán en su funcionamiento.
Circuitos eléctricos.
Objetivo:

Comprender la manera en la cual se conectan elementos eléctricos en circuitos
paralelos y en serie, así como las propiedades de estas conexiones.
Circuitos eléctricos.
Un circuito eléctrico, es un camino por el cual ha de pasar la corriente eléctrica. Este
camino debe ser apropiado.
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Una conexión es la unión correcta de dos piezas eléctricas los elementos de un
circuito eléctrico son: resistencias, condensadores, focos, interruptores, fuente de
corriente o batería.
La instalación eléctrica de las casas y calles son ejemplos de circuitos eléctricos.
La conexión de los elementos en un circuito eléctrico puede hacerse en paralelo ó
serie. Según sea la necesidad de la conducción de la corriente eléctrica.
La conexión en serie tiene la propiedad de que si un elemento no funciona interrumpe
el paso de la corriente eléctrica a través del circuito.
El voltaje de la batería es
repartido en cada uno de los
elementos del circuito.
Cuando se conectan baterías
en serie obtenemos un mayor
voltaje.
La conexión de pilas se hace
uniendo el polo positivo con el polo
negativo.
La conexión en paralelo. Esta conexión cuenta con la propiedad de que la corriente
cuenta con varios caminos por los cuales puede pasar. Con lo cual al fallar un elemento, los
demás continúan funcionando.
A cada elemento de un circuito en paralelo le corresponde un mismo valor de voltaje,
el cual es el de la batería.
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La corriente se reparte en cada uno de los elementos del circuito.
Este tipo de conexiones se utilizan en los casas.
Ley de Ohm.
Objetivo:
Comprender la relación entre el voltaje y la resistencia como mecanismos de
aparición de una corriente eléctrica.

Ley de Ohm.
El físico alemán Georg Simon Ohm fue el primero en darse cuenta que la intensidad de
la corriente eléctrica está relacionada con la cantidad de corriente que pasa por un
conductor y la energía que se necesita para vencer a la resistencia que oponen los cuerpos
al paso de la electricidad a través de ellos.
La ley de Ohm dice:
La intensidad de corriente que circula por un cuerpo con resistencia ( R ) en el cual se
coloca en sus extremos una diferencia potencial ( V ) esta dada por:
I=RV
Un ejemplo de ello es el siguiente arreglo:
Cuando colocamos un foco en un circuito eléctrico, muchas veces el foco no prende,
debido a que su resistencia es tan grande que la corriente eléctrica no pasa a través de él.
En estos casos, lo que se hace es cambiar el foco con uno de menor resistencia a aumentar
el voltaje en la pila.
¿Cuál es la resistencia que presenta un foco de 100 volts. Cuando a través de él circula
una corriente de 0.03 Amperes?
Datos:
Voltaje = 100 volts.
Corriente = 0.03 Amperes.
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Resistencia = ?
Modelo matemático:
V=RI
Necesitamos despejar a R
R=
Sustitución y operaciones:
R=
La resistencia del foco es de 3333.33 Ohm.
Tema: 7.3.2. Resistencia eléctrica.
Objetivo:

Comprender cuáles son los factores que favorecen a la aparición de la resistencia
eléctrica.
Resistencia eléctrica.
Cuando un cuerpo impide el paso de la corriente eléctrica a través de él, decimos que
es un aislante, además cuando conseguimos hacer pasar corriente a través de él esta
corriente debe vencer ciertas características del material.
Al conjunto de propiedades físicas del material que impiden el paso de la corriente
eléctrica a través de él, lo llamamos resistencia eléctrica.
Por la forma en la cual están constituídos los materiales oponen resistencia eléctrica,
es decir, el cobre por el sólo hecho de ser cobre opone poca resistencia al paso de la
electricidad; el plástico pone mucha resistencia al paso de la electricidad a través de él.
El tamaño del material juega un papel muy importante; por ejemplo: en las señales
telefónicas, cuando tú estás por ejemplo en Oaxaca y llamas a un amigo en Tamaulipas, la
señal por efectos de la resistencia eléctrica se ve disminuída. Estos problemas se han
eliminado colocando transformadores en ciertos lugares y en algunos casos la señal se
transporta mediante fibra óptica.
Si tienes un metro de un conductor cuentas con una resistencia de 2 ohms, en 2
metros contarás con una resistencia de 4 ohms.
El área transversal en de un conductor influye en la resistencia; por ejemplo: en un
área transversal de 1 cm2 pasan más electrones que en una de 0.5 cm2.
Cuando el área transversal es grande, la resistencia disminuye.
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Cuando un conductor es calentado, por lo general,
la resistencia eléctrica aumenta. Esto se debe a que los
electrones libres del material cuentan con más energía
térmica, la cual para vencerla se necesita mucha
energía eléctrica.
El material del cual está hecha la resistencia
patrón es mercurio, colocado dentro de un tubo de
vidrio.
Para finalizar, podemos decir que una resistencia de 1 ohm permite el paso de una
corriente de 1 amperio cuando se aplica entre las terminales del conductor una diferencia
de potencial (energía) de un volt, lo cual se puede resumir en la fórmula siguiente:
ohm =
Diferencia de potencial.
Objetivo:

Comprender cuáles son las fuentes de energía que favorecen a la corriente
eléctrica.
Diferencia de potencial.
Recordemos un viejo concepto, el concepto de energía potencial.
La energía potencial es la que tiene todo cuerpo al estar en algún lugar sobre la
superficie terrestre y esta energía aumenta conforme nos alejamos de la superficie
terrestre y disminuye cuando nos acercamos a la superficie terrestre.
Cuando soltamos un cuerpo desde una altura cualquiera, el cuerpo cae al suelo; es
decir, los cuerpos se mueven de un lugar de mayor energía potencial a uno de menor energía
potencial.
Llamamos diferencia de potencial a la resta de las energías potenciales de donde
estaba el cuerpo a la que quedó.
Ep=E2–E1
Y esta diferencia de potencial es la energía que se gasta para mover al cuerpo de un
lugar a otro.
El concepto de diferencia de potencial en la electricidad se entiende como la energía
que hay que aplicarle a una carga eléctrica para llevarla a través de un circuito eléctrico de
un lugar donde hay muchas cargas eléctricas a un lugar donde hay menos cargas eléctricas.
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A la diferencia de potencial eléctrica, se le llama voltaje.
Un Volt es la energía de un Joule que hay que aplicarle a un
electrón para que éste se mueva a través de un conductor.
1 volt =
En las pilas, el lugar con mayor energía potencial es el
polo negativo, por tanto la corriente se mueve del polo
negativo al polo positivo de una pila o batería.
En un circuito eléctrico, la corriente se mueve del polo
negativo al polo positivo.
Características:
El generador va a girar a 3200 revoluciones por minuto, manteniendo 24 amperios,
producir 12 voltios a una frecuencia de 60 hertz. Por lo que toca producir 2 amperios, lo
cual es mucho.
Partes:
El generador consta principalmente de 2 partes: el estator y el rotor. El estator es la
parte que es no se mueve del generador y esta rodeando el rotor. Este último es la parte
que se mueve gracias a una fuerza externa, como un motor en este caso.
Otras partes que se deben tener en cuenta son el colector, que deben ser anillos de cobre
unidos al rotor pero aislados de este. El portaescobillas y las escobillas que son los que
están en contacto con los anillos.
La salida, que deben ser dos alambres por donde se mide los parámetros del anterior
punto. Además el generador debe tener un soporte de 20 x 15 cm con unos huecos de ¼
de pulgada a 1 cm de cada esquina. Pero por un problema con el montaje dos de ellos
deben esta a 1 cm de la esquina, y los otros dos deben estar a 4 (a los largo) y 1 cm (a lo
ancho), debido a que el motor del montaje está muy alejado y la polea no alcanza a
agarrar por lo que queda torcida.
Funcionamiento:
Dependiendo como se vaya a hacer, el campo magnético se hace en el rotor o en el
estator.
Aquí se explica el montaje que se hizo, entonces se va a generar el campo en el estator.
Para generar este campo magnético se pueden usar imanes, pero se necesitan imanes
muy grandes ya que el amperaje es muy grande, además hay que tener en cuenta que el
campo que estos tienen sea hacia el centro (rotor) y no a lo largo del eje, en donde no se
estaría haciendo nada. Fuera de esto los imanes deben tener una forma semicircular,
para que se aproveche al máximo. Estos imanes se pueden conseguir en cierto tipo de
alternadores o motores, pero es difícil ya que tienen que ser muy grandes.
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La otra forma es hacer un inducido, en otras palabras un electroimán, para lo cual se
necesita hacer otro embobinado (el otro es el del rotor). Este embobinado se hace con
una corona, que toca aislarla. Se venden coronas ya hechas en varios lugares pero donde
encontrará resto será en el Ricaurte, específicamente en 24 entre 6ª. Y 9ª. Ahí también
lo podrán orientar en la elaboración del generador.
Si se hace con una corona, hay que tener en cuenta el número de vueltas en esta, ya que
para aprovechar el máximo se necesita calcular bien esto. Las bobinas van alrededor de
todo el estator, y entre más vueltas tenga más campo se podrá generar por lo cual es
mucho mejor.
Este electroimán puede ser inducido con una fuente externa para generar el electroimán,
o también puede ser conectado en serie con el resto del generador (salida, escobilla,
rotor, escobilla, estator, salida)
La otra parte del generador es el rotor, el cual debe tener dos polos por la ecuación que
usted debió haber encontrado acerca de generadores, en donde se relaciona la frecuenta,
el número de polos, y las revoluciones a las que está expuesto además de una constante
de 120.
Aquí es necesario hacer un buen modelo para tener la mejor "ganacia." Si los polos
ocupan bastante área será mejor, ya que se podrá recolectar más. El rotor que se hizo
tenía un radio 4.4 cm, un ancho de 5 cm y cada polo tenía 12 cm de la circunferencia, en
donde el espacio que no se usaba era mínimo.
Cada polo tenía un grosor de 8 mm y dentro de estos estaba el embobinado del rotor que
en cualquier caso es necesario. El número de vueltas dentro de este fue de 132, y debido
a que estaban un poco alejadas del polo, no se pudo producir mucho campo. Si se meten
varias vueltas en el rotor y cerca de los polos se podrá aumentar la ganancia.
El material del que debe estar echa la corona y el rotor es ferro-silicio, pero es difícil
conseguir. En este generador la corona se compró usada por lo que era del material
apropiado, pero los polos se hicieron con acerca 10-45 el cual no queda imantado.
El problema de que los materiales queden imantados es grande, ya que si quedan el
generador sólo podrá funcionar una vez a menos que se mande desimantar cada vez que
se use, lo cual es ilógico.
El montaje se diseño totalmente (no se usaron partes ya elaboradas), y se usaron
materiales reciclados, como ya se dijo la corona del estator, además de eso el
portaescobillas y los anillos colectores también eran usados. El portaescobillas era del
alternador de un Ford.
Los polos se hicieron con un pedazo de varilla perforada de 9 cm de diámetro de 8 mm
de espesor, con dos láminas soladas a cada extrema que servían de soporte. Además
estos se cortaron con oxicorte para unirlos con un cilindro de 4 cm de diámetro y 4 de
largo.
Los polos y el cilindro se unieron con un eje rectificado por medio del torno y de esta
manera se podía embobinar el rotor.
Con el rotor embobinado se colocaron los anillos colectores por medio de un buje, ya
que los anillos eran más anchos que el eje.
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Se soldaron las puntas del alambre del embobinado a cada uno de los anillos colectores.
Se colocó el rotor con unos soportes que tenían rodamientos para que girara el
libremente, sin que rozara con la corona ni el embobinado del estator.
Términos:
Ganancia: Lo producido por el generador.
Varilla perforada: Es una especie de tubo metálico, pero su espesor es de tamaño
considerable, como en este caso 8 mm, mientras que un tubo tiene por mucho 4 mm.
Torno: Máquina que da vueltas y que por medio de cuchillas y otros elementos dan
forma a cilindros y tubos. Es la misma máquina con la que se hacen los trompos de
madera.
Rectificado: Cuando se toma una pieza y se manda pulir hasta que quede perfectamente
liza, sin mugre ni rayas.
Buje: Cilindro que sirve de cuña para ajustas dos piezas cilíndricas.
Oxicorte: Método usado para corta láminas metálicas como el acero. Es una especie de
luz producida por el oxígeno y otro gras.
Delgas: Son los colectores en los generadores de corriente directa, por medio de esto es
que la electricidad producida es constante. También es un anillo que va sobre el eje,
pero en vez de tener dos anillos de cobre en este, tiene una serie de placas paralelas en
donde cada una va conectada a una bobina del rotor.
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