MAQUINAS ELECTRICAS

DEFINICIONES

1 - Definición y clasificación.

Sistema de mecanismos capaz de producir, transformar o aprovechar la energía eléctrica.

Se clasifican en tres grandes grupos:

11 - Generadores: Son máquinas que transforman la energía mecánica en eléctrica, como las dínamos ( cc ), y los alternadores ( c.a ).

21 - Motores: Transforman energía eléctrica en mecánica, los hay de corriente continua, asíncronos, síncronos, etc.

31 - Transformadores y convertidores: Son máquinas que conservan la forma de energía eléctrica, pero transforman sus características.

2 - Constitución general de una máquina eléctrica.

- Electromagnético.

- Mecánico.

Desde el punto de vista electromagnético: Toda máquina eléctrica está provista de un conjunto magnético y dos circuitos eléctricos, uno de los circuitos, es el de excitación, que al ser recorrido por una corriente eléctrica produce amperios vueltas necesarios para crear el flujo que se establece en el conjunto magnético de la máquina.

Desde el punto de vista mecánico: se clasifican en rotativas y estáticas.

- Máquinas rotativas: Están provista de partes giratorias como la dínamo, los alternadores, motores, etc. Tienen una parte fija llamada estator y otra móvil llamada rotor, entre ambas partes hay un espacio de aire llamado entrehierro.

- Máquinas estáticas: No disponen de partes móviles como el transformador.

3 - Circuito magnético de las máquinas.

Es heterogéneo. Está constituido de varias partes perfectamente distinguibles, sea por estar formada por materiales férricos diferentes ó por estar sometidas a inducciones de distinto valor y el entrehierro. Siendo diferentes según se trate de máquinas estáticas o rotativas.

- Las máquinas estáticas presentan un circuito magnético constituido por dos columnas y dos culatas. Rodeando a las columnas van dispuestos los dos circuitos eléctricos el de AT y el de BT que se conectan a las redes de corriente alterna de AT y BT, motivo por el que en el circuito magnético, se establece un flujo de sentido alternativo y valor variable.

- En las rotativas la construcción de los circuitos magnéticos está basada en electroimanes, a los que se les da el nombre de polos. Los polos pueden ser salientes o lisos.

Polos salientes: Son núcleos de hierro unidos sólidamente a la culata rodeados por bobinas que al ser recorridas por una corriente eléctrica, originan un flujo que magnetiza la masa de hierro, creando en sus extremos los polos correspondientes. En estas máquinas se completa el circuito magnético con otra parte metálica llamada armadura que está provista de ranuras en las que va alojada el segundo circuito eléctrico.

Dentro de las máquinas de polos salientes se distinguen dos tipos:

11 - Aquellas en las cuales los polos salientes pertenecen a la parte fija o estatórica, siendo la forma típica de las dínamos y de los motores de cc.

21 - Aquellas en las cuales los polos salientes pertenecen a la parte móvil, en las que giran los polos, la culata y el eje juntos formando una rueda polar, siendo la forma típica de los alternadores y motores síncronos.

Polos lisos: Construcción típica de motores asíncronos y turboalternadores. En las máquinas de polos lisos en el conjunto magnético no existen partes salientes. En estas máquinas se forman zonas por las cuales sale el flujo desde la culata ( Polo Norte ) o entra en ella después de recorrer la armadura ( polo Sur ).

4 - Número de polos de las máquinas.

En todo circuito magnético se distinguen polos Norte, zonas por donde salen las líneas de fuerza del flujo, y polos Sur, zonas por donde entran estas líneas de fuerza.

Para la correcta distribución de las líneas de fuerza es totalmente necesario, que los polos sean alternativamente de polaridad contraria, siendo la mitad de ellos de polaridad Norte y la otra mitad Sur. Se designa por 2p, la letra p designa el número de pares de polos. Las máquinas se clasifican, de acuerdo con el número de polos que entran en ella, bipolares ( 2 polos ) 2p=2, tetrapolares ( 4 polos ) 2p=4.

5 - Eje de polo y línea neutra.

El eje de polo es un plano radial que pasa por el eje de simetría geométrica del polo. Para conseguir una construcción correcta de las máquinas rotativas, es preciso que los ángulos geométricos formados por los ejes de dos polos consecutivos sean iguales.

Línea neutra, resultan compensados en ella los efectos magnéticos por quedar equidistante entre dos polos vecinos que son de nombre contrario.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ELECTRICIDAD

El circuito eléctrico

Las variables eléctricas de un sistema que alimenta una lámpara eléctrica, un motor o un edificio pueden ser analizadas mediante un modelo denominado "CIRCUTO ELECTRICO"

En donde se puede identificar:

La fuente de energía eléctrica cuyo voltaje es 220 V

El consumidor de energía, en este caso un horno de 11 kW

Los conductores que forman un circuito cerrado, los cuales conducen una corriente de 50 A

Las variables eléctricas que el ingeniero debe conocer para analizar su consumo de energía son las siguientes:

La corriente eléctrica (i)

Es definida como el flujo ordenado de cargas eléctricas (DIN 5489) que transporta la energía desde la fuente al "consumidor", denominada también como "intensidad de corriente" es definida por la expresión:

Las unidades de la intensidad de corriente en el sistema internacional son los Ampere (A). De acuerdo a su magnitud se utilizan los siguientes múltiplos:

1 microampere (m A) = 0,000 001 A corriente en las memorias de PC

1 miliampere (mA) = 0,001 A 250 mA muerte de una persona

1 kiloampere (kA) = 1.000 A Maquinas de soldar, hornos de fusión.

En el ejemplo, el horno "consume" una corriente de 50 Ampere.

La Tensión eléctrica (u)

La capacidad de transporte de carga eléctrica (energía) que tiene toda fuente eléctrica. El voltaje entre dos puntos "a" y "b" del circuito se define como la diferencia en el nivel de energía de una unidad de carga localizada en dichos puntos. Se define por la expresión:

La unidad del sistema internacional es el Voltio (V), como en el caso anterior se puede trabajar con multiplicadores.

1 microvoltio (m V) = 0,000 001 A voltajes inducidos.

1 milivoltio (mV) = 0,001 A voltajes en circuitos electrónicos

1 kilovoltio (kV) = 1.000 V voltajes de transmisión y distribución.

Los voltajes industriales más usados en nuestro país son 220 V, 380 V, 440 V y 660 V. En la transmisión y distribución 10 kV, 13,2 kV, 60 kV y 220 kV. En el caso del ejemplo, tenemos una fuente de 220 V

La potencia eléctrica (P)

La potencia eléctrica es la capacidad que tiene la electricidad de producir un trabajo o de transformar la energía en un tiempo dado. Se define por la siguiente expresión:

P = U * I

En el sistema internacional, la unidad de potencia es el Watt (W) y se cumple la siguiente relación:

1 Watt = 1 Ampere x 1 Voltio

1 kilowatt (kW) = 1.000 Watts Fuerza motriz en general.

1 Megawatt (MW) = 1.000.000 Watts Plantas industriales, ciudades.

Los niveles de potencia con los cuales se trabaja normalmente son del orden de 150 kW para pequeñas plantas industriales y por encima de 1 MW las grandes instalaciones. En el acaso del ejemplo, se tiene una potencia que se transforma en un flujo de calor de 11 kW.

La Energía Eléctrica (E).

La energía eléctrica (E) es la forma más versátil de las energías manejadas por el hombre. Se define como el trabajo que puede realizar una potencia eléctrica dada en un tiempo dado. Por lo tanto la energía se puede calcular mediante la expresión siguiente:

La energía eléctrica se mide en Joules (J), sin embargo en el campo de la electricidad se suele utilizar el kW-h (kilowatt hora). Y esta unidad es la que aparece en las facturas de la empresa eléctrica.

1 kW-h = 3,6 Megajoule

En el ejemplo, si el horno estuviera funcionando 10 horas, la energía consumida sería:

Energía = P.t = 11 kW * 10 horas = 110 kW-h.

La resistencia eléctrica (R)

Es la oposición que ofrece todo cuerpo al paso de la corriente, depende en mayor o menor grado de su constitución atómica y/o molecular de cada material. La resistencia eléctrica se mide en Ohms (W ) y los multiplicadores usados son.

1 microhm (m W ) = 0,000 001 Ohm

1 miliohm (mW ) = 0,001 Ohm

1 kiloohm (kW ) = 1.000 Ohm

1 megaohm (MW ) = 1.000.000 Ohm

La manifestación de la presencia de una resistencia en el circuito, es la generación de calor, la que ocurre al pasar la corriente a través de ella, de allí su importancia para un auditor energético.

La ley de Ohm.

La relación más importante en un circuito eléctrico es la ley de Ohm, la cual relaciona la tensión, la corriente y la resistencia, la cual se expresa así:

U = I * R

Lo que implica que 1 Voltio = 1 Ampere * 1 Ohm y que debe entenderse como que al circular una corriente de 1 amperio por un cuerpo cuya resistencia es 1 _, se produce una caída de tensión en los terminales de 1 voltio.

En el ejemplo, el horno consume 50 Ampere y en sus terminales existe una tensión eléctrica de 220 V, por lo tanto la resistencia del horno se puede calcular usando la expresión de Ohm.

Usando la relación de Ohm, se puede determinar la potencia eléctrica en función de la resistencia y cualquiera de las variables eléctricas.

Es decir conociendo en valor de la resistencia y la corriente, podemos determinar la energía calorífica que se disipa en un conductor eléctrico

ELEMENTOS ELECTROMECANICOS

SITUACION ACTUAL

No obstante, muchos aparatos comunes que antiguamente hubiesen empleado dispositivos electromecánicos para su control emplean hoy en día, de una forma más barata y efectiva, un circuito integrado estándar (con unos pocos millones de transistores) para el cual se escribe un programa informático que lleva a cabo la misma tarea de control a través de la lógica. Los transistores han reemplazado prácticamente a todos los dispositivos electromecánicos, se utilizan en la mayoría de sistemas de control realimentados y aparecen en grandes cantidades en todos los aparatos eléctrónicos, desde los semáforos hasta las lavadoras.

HISTORIA

Al inicio, los "repetidores" surgieron con la telegrafía y eran dispositivos electromecánicos usados para regenerar señales telegráficas. El conmutador telefónico de barras cruzadas es un dispositivo electromecánico para llamadas de conmutación telefónica. Inicialmente fueron ampliamente instalados en los años 1950s en Estados Unidos e Inglaterra, y luego se expandieron rápidamente al resto del mundo. Reemplazaron a los diseños anteriores, como el conmutador Strowger, en grandes instalaciones. Nikola Tesla, uno de los más grandes ingenieros de la historia, fue el precursor del campo de la electromecánica.

Paul Nipkow propuso y patentó el primer sistema electromecánico de televisión en 1885. Las máquinas de escribir eléctricas se desarrollaron hasta los años 80 como "máquinas de escribir asistidas por energía". Estas máquinas contenían un único componente eléctrico, el motor. Mientras que antiguamente la pulsación de una tecla movía directamente una palanca de metal con el tipo deseado, con estas máquinas eléctricas las teclas enganchaban diversos engranajes mecánicos que dirigían la energía mecánica desde el motor a las palancas de escritura. Esto mismo ocurría con la posteriormente desarrollada IBM Selectric. En los años 40 se desarrolló en los Laboratorios Bell la computadora Bell Model V. Se trataba de un grán aparato electromecánico basados en relés con tiempos de ciclo del orden de segundos. En 1968 la compañía estadounidense Garrett Systems fue invitada a producir una computadora digital para competir con los sistemas electromecánicos que se estaban desarrollando entonces para la computadora principal de control de vuelo del nuevo avión de combate F-14 Tomcat de la Marina americana.

QUE ES UN DISPOSITIVO ELECTROMECANICO

Los dispositivos electromecánicos son los que combinan partes eléctricas y mecánicas para conformar su mecanismo. Ejemplos de estos dispositivos son los motores eléctricos y los dispositivos mecánicos movidos por estos, así como las ya obsoletas calculadoras mecánicas y maquinas de sumar; los relés; las válvulas a solenoide; y las diversas clases de interruptores y llaves de selección eléctricas.