República Bolivariana de Venezuela. Ministerio del Poder Popular para la Educación. Universidad Yacambú. Núcleo Portuguesa. Electricidad Industrial: Unidad III Autores: Egizio, Lisandro. III-173-00546P Jesus Haller. III-173-00708P Profesor: William Martínez Araure, Abril 2019 Ley de Ohm La ley de Ohm establece que: La corriente que fluye en un circuito es directamente proporcional al voltaje (fem aplicada) e inversamente proporcional a la resistencia. Leyes de Kirchhoff • Primera ley: Ley de Corriente de Kirchhoff (LCK): También conocida como ley de nodos, establece que la suma algebraica de las corrientes que entran en cualquier nodo es cero. Es decir: La suma de las corrientes que entran en un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo. • Segunda ley: Ley de Voltaje de Kirchhoff (LVK): También conocida como ley de mallas, establece que la suma algebraica de los voltajes alrededor de cualquier malla es cero. Ley de Lenz El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la produce. Plantea que las tensiones inducidas se opondrán a la variación del flujo magnético que los produjo, esta ley es consecuencia del principio de conservación de energía. Ley de Faraday Establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde. Ley de Watts La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de la alimentación (U) del circuito y a la intensidad (I) que circula por él. Motor de corriente alterna Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que funcionan con este tipo de alimentación eléctrica. Un motor es una máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energía en energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos. Un generador eléctrico, por otra parte, transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem (fuerza eléctrica motriz). Las dos formas básicas son el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más correctamente llamado alternador. Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores y generadores es el alternador. En algunos de los casos, tales como barcos, donde la fuente principal de energía es de corriente continua, o donde se desea un gran margen de velocidades de giro, pueden emplearse motores de C.C. Sin embargo, la mayoría de los motores modernos trabajan con fuentes de corriente alterna. Existe una gran variedad de motores de CA, entre ellos tres tipos básicos: el universal, el síncrono y el de jaula de ardilla. • Motores universales Los motores universales trabajan con voltajes de corriente continua o corriente alterna. Tal motor, llamado universal, se utiliza en sierras eléctricas, taladros, utensilios de cocina, ventiladores, sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad de giro con cargas débiles o fuerzas resistentes pequeñas. Estos motores para corriente alterna y directa, incluyendo los universales, se distinguen por su conmutador devanado y las escobillas. Los componentes de este motor son: Los campos (estator), la masa (rotor), las escobillas (los excitadores) y las tapas (las cubiertas laterales del motor). Aplicaciones de motor universal Puede utilizarse para impulsar cualquier máquina de velocidad prácticamente constante donde se dispone de corriente alterna polifásica. • Motores asíncronos El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: de jaula de ardilla o bobinado; y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, por el cual el desfase en el tiempo es también de 120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday: Aplicaciones de los motores asíncronos ✓ Aplicaciones industriales (velocidad constante y variable) para potencias entre 1 kW y 10 MW (jaula de ardilla) ✓ Grupo de bombeó. ✓ Ventiladores. ✓ Cintas transportadoras. ✓ Elevadores. ✓ Grupos de bombeo en centrales hidroeléctricas. ✓ Potencias superiores a los 100 MW (rotor bobinado). • Motores síncronos De acuerdo con estos principios, se puede utilizar un alternador como motor en determinadas circunstancias, aunque si se excita el campo con CC y se alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con CA, la máquina no arrancará. El campo alrededor de la bobina del rotor es alterno en polaridad magnética pero durante un semiperiodo del ciclo completo, intentará moverse en una dirección y durante el siguiente semiperiodo en la dirección opuesta. El resultado es que la máquina permanece parada. La máquina solamente se calentará y posiblemente se quemará. Aplicaciones de los motores síncronos Los motores síncronos se usan en máquinas grandes que tienen una carga variable y necesitan una velocidad constante: ✓ Molinos y cintas transportadoras. ✓ Compresores, estibadores, extractores de aire -Mescladoras, bombas; etc. • Motores de jaula de ardilla La mayor parte de los motores que funcionan con CA de una sola fase tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho más compactos y tienen un núcleo de hierro laminado. Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla son de cobre y van soldados a las piezas terminales de metal. Cada conductor forma una espira con el conductor opuesto conectado por las dos piezas circulares de los extremos. Cuando este rotor está entre dos polos de campos electromagnéticos que han sido magnetizados por una corriente alterna, se induce una fem en las espiras de la jaula de ardilla, una corriente muy grande las recorre y se produce un fuerte campo que contrarresta al que ha producido la corriente (ley de Lenz). Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos estacionarios, no hay razón para que se mueva en una dirección u otra y así permanece parado. Es similar al motor síncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que se necesita es un campo rotatorio en lugar de un campo alterno. Aplicaciones de los motores jaula de ardilla ✓ ✓ ✓ ✓ Comprenden las bombas centrífugas de impulsión Las máquinas herramientas Sopladores Fajas transportadoras Partes de los motores de la corriente alterna: • Estator Constituye la parte fija del motor, elemento que opera como base permitiendo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente. Existen dos tipos: a) Estator de polos salientes. b) Estator ranurado. El estator está constituido por un conjunto de láminas de acero al silicio, que permite que pase a través de él el flujo magnético con facilidad; aloja los devanados llamados polos magnéticos. Los polos de un motor siempre son pares. • Rotor Constituye la parte móvil del motor. Es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos: • Tipos de bobinas Un motor monofásico tiene dos grupos de devanados en el estator: • Devanado principal o devanado de trabajo. • Devanado auxiliar o de arranque. Estos dos devanados están conectados en paralelo, al voltaje de línea. El devanado de trabajo está formado por conductores gruesos y tiene más espiras que el devanado de arranque, el devanado de arranque tiene menos espiras de sección delgada. • Carcasa Es la parte que protege y cubre al estator y al rotor. Tipos: a) b) c) d) e) Totalmente cerrada Abierta A prueba de goteo A prueba de explosiones De tipo sumergible. • Caja de Conexiones La caja de conexiones (placa de bornes) que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardando los de la operación mecánica del mismo. Funcionamiento de los transformadores Los transformadores eléctricos son indispensables en el sistema eléctrico Un transformador es una máquina estática de corriente alterno, que permite variar alguna función de la corriente como el voltaje o la intensidad, manteniendo la frecuencia y la potencia, en el caso de un transformador ideal. Para lograrlo, transforma la electricidad que le llega al devanado de entrada en magnetismo para volver a transformarla en electricidad, en las condiciones deseadas, en el devanado secundario. La importancia de los transformadores, se debe a que, gracias a ellos, ha sido posible el desarrollo de la industria eléctrica. Su utilización hizo posible la realización práctica y económica del transporte de energía eléctrica a grandes distancias. • Núcleo: Este elemento está constituido por chapas de acero al silicio aisladas entre ellas. El núcleo de los transformadores está compuesto por las columnas, que es la parte donde se montan los devanados, y las culatas, que es la parte donde se realiza la unión entre las columnas. El núcleo se utiliza para conducir el flujo magnético, ya que es un gran conductor magnético. • Devanados: El devanado es un hilo de cobre enrollado a través del núcleo en uno de sus extremos y recubiertos por una capa aislante, que suele ser barniz. Está compuesto por dos bobinas, la primaria y la secundaria. La relación de vueltas del hilo de cobre entre el primario y el secundario nos indicará la relación de transformación. El nombre de primario y secundario es totalmente simbólico. Por definición allá donde apliquemos la tensión de entrada será el primario y donde obtengamos la tensión de salida será el secundario. Tipos de transformadores Existen diferentes tipos de transformadores y diversas formas de clasificar a los transformadores. Tanto como por su funcionalidad (de potencia, comunicaciones, de media), por sus aplicaciones (reductor de voltaje, de aislamiento, de impedancia), entre otros diferentes tipos de clasificaciones. • Por su fase: -Monofásicos: Los transformadores monofásicos son empleados frecuentemente para suministrar energía eléctrica para alumbrado residencial, toma-corrientes, acondicionamiento de aire, y calefacción. -Trifásicos: Es el de más extensa aplicación en los sistemas de transporte y distribución de energía eléctrica. Este tipo de transformadores se construyen para potencias nominales también elevadas. Se puede decir que está constituido por tres transformadores monofásicos montados en un núcleo magnético común. • Autotransformador: El autotransformador puede ser considerado simultáneamente como un caso particular del transformador o del bobinado con núcleo de hierro. Tiene un solo bobinado arrollado sobre el núcleo, pero dispone de cuatro bornes, dos para cada circuito, y por ello presenta puntos en común con el transformador. El principio de funcionamiento es el mismo que el del transformador común. • Transformador de impedancia: Este tipo de transformador se emplea para adaptar antenas y líneas de transmisión (tarjetas de red, teléfonos, etc.) y era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces. Los transformadores de impedancia se construyen generalmente a partir de un núcleo de ferrita o hierro pulverizado que puede encontrarse en forma de anillo, toroide o barra casi siempre cilíndrica. • De potencia: Son los que se utilizan en las subestaciones y transformación de energía en alta y media tensión. Son Dispositivos de grandes tamaños, los transformadores de potencia deben ser muy eficientes y deben disipar la menor cantidad posible de energía en forma de calor durante el proceso de transformación. Las tasas de eficacia se encuentran normalmente por encima del 99% y se obtienen utilizando aleaciones especiales de acero para acoplar los campos magnéticos inducidos entre las bobinas primaria y secundaria. • Comunicaciones: Previstos para trabajar con tensiones y frecuencias variables. Se emplean, fundamentalmente, en aplicaciones electrónicas. • De medida: Los transformadores de medida permiten aislar los dispositivos de medición y protección de la alta tensión. Trabajan con corrientes o tensiones proporcionales las cuales son objeto de monitoreo, y consiguen evitar perturbaciones que los campos magnéticos pueden producir sobre los instrumentos de medición. • Elevador/Reductor de voltaje: Los Transformadores Reductores y Elevadores permiten a los operadores aumentar o disminuir la tensión eléctrica (VCA) para coincidir con los requisitos de carga. • De aislamiento: Los transformadores de aislamiento tienen una relación de 1:1 entre sus devanados primario y secundario. Lo que significa que ambos devanados tienen las mismas espiras (vueltas), por lo cual su salida entrega el mismo voltaje que se aplicó a la entrada. Se utiliza principalmente como medida de protección. • De alimentación: Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible térmico que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme. Es utilizado principalmente para alimentar circuitos electrónicos. • Con diodo dividido: Es un tipo de transformador de línea que incorpora diodos rectificadores para proporcionar la tensión continua de MAT directamente al tubo. Se llama diodo dividido porque está formado por varios diodos más pequeños repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador. • De frecuencia variable: Son pequeños transformadores de núcleo de hierro que funcionan en la banda de audiofrecuencias. Se utilizan a menudo como dispositivos de acoplamiento en circuitos electrónicos para comunicaciones, medidas y control. • De pulsos: Un transformador de pulso es un transformador mejorado que produce pulsos eléctricos de gran velocidad y amplitud constante. Suelen utilizarse en la transmisión de información digital y en transistores (especialmente con circuitos conductores de compuerta). • Flyback: Es un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con tubo de rayos catódicos para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados. • Híbrido: Es un transformador de aplicación en los teléfonos, tarjetas de red, etc. Este transformador se encarga de dividir las señales de entrada y las de salida. Convierte la comunicación bidireccional sobre dos hilos en dos conexiones unidireccionales a dos hilos, que entonces se le conoce como comunicación a 4 hilos. • Balun: Es muy utilizado como balun para transformar líneas equilibradas en no equilibradas y viceversa. La línea se equilibra conectando a la toma intermedia del secundario del transformador.
