1.- Clasifica las Máquinas eléctricas:
Generadores:
-De Corriente Continua (CC)
-Excitación independiente
-Excitación paralelo (Shunt)
-Excitación serie
-Excitación compuesta (Compund)
-De corriente alterna (Ac)
Transformadores
-De potencia
-Monofásicos
-Polifásicos
-De medida
-Transformadores de intensidad (TI)
-Transformadores de tensión (TT)
-Autotransformadores
-Monofásicos
-Polifásicos
Motores
-De corriente continua
-Excitación independiente
-Excitación paralelo (Shunt)
-Excitación Serie
-Excitación compuesta (Compund)
-Imán permanente
-De corriente Alterna
-Monofásicos de inducción
-Rotor en jaula de ardilla
-Rotor devanado
-Monofásicos síncronos
-De Imán permanente
-De reluctancia o Histéresis
-Trifásicos de inducción (asíncronos)
-De rotor en cortocircuito
-De rotor devanado
-De rotor mixto
-Trifásicos síncronos
Motores Universales: Llamados así porque se pueden utilizar tanto en
corriente continua como alterna son muy utilizados en electrodomésticos y
máquinas herramientas monofásicas.
2.-Fuentes de energía, como se clasifican y cuál es su importancia.
No Renovables
-Núcleos atómicos
-Energía Nuclear
-Sol
-Energía solar acumulada a partir de la
fotosíntesis
-Energía del carbón
-Energía del petróleo
-Energía del gas
-Energía de pizarras bituminosas
-Energía de pizarras asfálticas
Renovables
-Sol
-Energía solar actual
-Fotosíntesis
-Energía biomasa
-Luz directa
-Energía solar fotovoltaica
-Energía solar térmica
-Calor en el agua
-Energía hidráulica
-Energía del gradiente térmico del mar
-Calentamiento del aire
-Energía del viento
-Energía del oleaje
Interacción gravitatoria Tierra-Luna
-Movimiento del agua de los océanos
-Energía mareomotriz
-Magma Caliente
-Energía geotérmica
Una primera clasificación de las fuentes de energía:
No renovables: se encuentran de forma limitada en la naturaleza. Se
consumen a un ritmo mayor del que se producen, por lo que acabarán agotándose.
Ejemplos: el petróleo o el carbón.
Renovables: se recuperan tras utilizarse. No se agotan, pues, o bien no
se consumen, como el viento o el agua, o se pueden regenerar al mismo ritmo que
se consumen, como los biocombustibles.
Una segunda clasificación de las fuentes de energía atienden a su poder
de contaminación:
Fuentes de energía contaminantes: al utilizarlas producen residuos
contaminantes. Ejemplos: el carbón o el gas natural.
Fuentes de energía limpias: al utilizarlas no generan residuos
contaminantes, como la energía solar o la eólica.
Una tercera clasificación atiende a su uso:
Convencionales: son las que se han empleado tradicionalmente, como el
carbón o el petróleo.
Alternativas: se utilizan para sustituir las energías convencionales y
evitar que se agoten. Ejemplos: energía solar o energía eólica.
3.-Define las ventajas y desventajas de la transmisión de CA y la
transmisión de CD.
· Corriente alterna – características y
ventajas
A – El
transporte de corriente alterna es más económico que la continua, el coste de
reducir o elevar los voltajes en corriente alterna son menores que en corriente
continua. Es por este motivo que en los hogares se utiliza corriente alterna,
para transportar la energía desde las centrales hidroeléctricas hasta nuestros
hogares es necesario elevar la tensión en varios puntos del recorrido y luego
reducirlo al llegar a zonas residenciales (esto se hace para atenuar las
pérdidas producidas en el transporte de la energía).
B – La amplia gama de voltajes que se obtienen
mediante el uso del transformador.
C – Las máquinas que emplean corriente alterna
son sencillas, robustas y no requieren mucha reparación y mantenimiento durante
su uso.
D – La
corriente alterna se puede convertir rápidamente en corriente continua con
ayuda de rectificadores.
E –
Cuando la corriente alterna se suministra a voltajes elevados en una
transmisión a larga distancia, las pérdidas de línea son menores si las
comparamos a una transmisión de corriente continua.
· Corriente continua – ventajas sobre la
corriente alterna
A – El
valor máximo de la corriente alterna es muy elevado y en ocasiones puede
resultar peligroso, así que se requiere de un aislamiento superior.
B –
Mientras la corriente continua emite un choque eléctrico que repele al cuerpo
humano, la corriente alterna atrae a la persona que la toca directamente.
C – Se
pueden usar voltajes más bajos para transmitir electricidad a través de los
cables, puesto que son menos resistentes a la corriente continua.
D – Una
de las principales ventajas es que la corriente continua se puede almacenar en
baterías, esto sin dudas es una gran ventaja sobre la corriente alterna.
E – La
corriente continua es mucho mas segura que la corriente alterna.
4.-Cómo se integra un Sistema Eléctrico Nacional emplea un diagrama.
El sistema
de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios y elementos útiles para
la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Este
conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y protección.
5.-Define las diferencias entre un generador y un motor.
Los motores y generadores son dispositivos electromagnéticos. Tienen
bobinas de corriente que giran en campos magnéticos. Este campo magnético que
cambia rápidamente produce una fuerza electromotriz, llamada fem o tensión. Los
motores y los generadores eléctricos son opuestos entre sí. Los motores
eléctricos convierten energía eléctrica en energía mecánica, mientras que los
generadores eléctricos convierten energía mecánica en energía eléctrica.
6.-Clasifica los materiales que pueden emplearse en la fabricación del
circuito magnético de las máquinas eléctricas.
7.-Explica cómo está construida una máquina de CD emplea también algún
diagrama para mostrar las partes que la forman.
Las máquinas de corriente continua tienen corriente continua sólo en su circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo que convierte los voltajes internos de corriente alterna en voltajes corriente continua en los terminales.
Este mecanismo se llama colector,
y por ello las máquinas de corriente continua se conocen también como máquinas
con colector
Para el
estator
1) Base
2) Coraza
3) Piezas polares
4) Zapatas polares
5) Tapa posterior
6) Tapa anterior
7) Cojinetes
Para
el rotor
8) Flecha
9) Núcleo de armadura
10) Embobinado de armadura
11) Conmutador
8.-Partes de la máquina de CD que integran el circuito magnético. Puedes
hacer un diagrama.
El circuito magnético consta de una serie de piezas de material
ferromagnético que dan paso a las líneas de flujo magnético que sirven de
apoyo al funcionamiento de la máquina, como son piezas polares , zapatas
polares, núcleo de armadura y coraza. Deberían incluirse también aunque no sean
propiamente piezas, los entrehierros o espacios de aire que evitan la fricción
entre rotor y estator.
9.-Explica las características principales que tiene los devanados de
armadura en la máquina de CD. Para que características se emplea cada uno.
Las bobinas de excitación se fabrican en dos tipos con diferentes
características.
Excitación en derivación.
-Las bobinas se devanan con alambre delgado
-Gran número de vueltas
-La resistencia del embobinado es grande, por tanto el voltaje
necesario para excitar es del mismo orden del voltaje de armadura.
-El embobinado de excitación se conecta en paralelo con la armadura
-Las bobinas se devanan con alambre grueso.
-Las bobinas tienen un número pequeño de vueltas
-La fuerza magnetomotriz se produce con una corriente de valor elevado.
-Se diseñan para trabajar con la misma intensidad de corriente que la
armadura.
-Presentan poca resistencia.
-El embobinado se conecta en serie con la armadura.
Excitación Compuesta
-Empleo de una bobina principal, con las mismas características que la
de derivación.
-Empleo de una bobina auxiliar parecida a la bobina en serie, pero
con menos vueltas,
10.-Define Reactancia, Inductancia, Impedancia y Conductancia.
Reactancia: Es la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por
inductores (bobinas) y condensadores, se mide en ohms y su símbolo es Ω. Junto
a la resistencia eléctrica determinan la impedancia total de un componente o
circuito, de tal forma que la reactancia (X) es la parte imaginaria (Z) y la
resistencia (R) es la parte real, según la igualdad:
Z=R+jX
Inductancia(L): es una medida de la
oposición a un cambio de corriente en un inductor o bobina que almacena energía
en presencia de un campo magnético, y de define como la relación entre el flujo
magnético 𝚽 y la intensidad de corriente eléctrica I que
circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado.
Impedancia: 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".
La
impedancia puede calcularse como
Conductancia: Se denomina conductancia eléctrica (G) a la
facilidad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica; es decir,
que la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica.
Al encontrar
el recíproco de la resistencia eléctrica de un material se tendrá una medida de
que tan bien conducirá éste la electricidad. La cantidad se llama conductancia,
tiene el símbolo G y se mide en siemens(S).
11.-Clasifica las pérdidas en una Máquina de CD y también explica cómo
pueden disminuirse.
a) Pérdidas eléctricas
Se presentan cuando hay una pérdida de voltaje que se origina por la
resistencia en el circuito de armadura, y se divide en los siguientes
elementos:
-
Embobinado de armadura
-
Conmutador
-
Superficie de contacto conmutador-escobillas
-
Escobillas
-
Embobinado interpolar
-
Embobinado de excitación en serie (maquinas serie y compuestas)
Este conjunto de elementos se denomina resistencia de armadura y se
representa por 
.
.
Es por esta razón que las superficies de contacto conmutador-escobillas
y las escobillas, requieren un constante mantenimiento, las escobillas, por
ejemplo, se desgastan y decrecen notoriamente.
La imagen de arriba muestra la manera en cómo se puede determinar la resistencia
de la armadura, donde se hace circular una corriente alrededor del valor
nominal, un interruptor, un voltímetro y un amperímetro. Cuando el interruptor
se encuentra abierto, se mide el voltaje en vacío Vo, como no hay corriente, no
se presentan pérdidas
b) Pérdidas mecánicas
Son debidas a los factores de fricción y ventilación, la primera en los apoyos de la flecha y en la superficie de contacto conmutador-escobillas, que se presentan en sentido opuesto a la dirección de rotación. Se denomina a esta fricción en función de la velocidad.
En cambio, las pérdidas por ventilación se presentan en aquellas máquinas que tienen un ventilador entre sus componentes para contrarrestar el calentamiento.
c) Pérdidas magnéticas
Son aquellas manifestadas por un par opuesto al sentido de rotación y tienen dos componentes que son la histéresis y las corrientes parásitas.
La histéresis es una propiedad de los elementos ferromagnéticos, que es la capacidad de retener parte del flujo con que fueron magnetizados.
Son debidas a los factores de fricción y ventilación, la primera en los apoyos de la flecha y en la superficie de contacto conmutador-escobillas, que se presentan en sentido opuesto a la dirección de rotación. Se denomina a esta fricción en función de la velocidad.
En cambio, las pérdidas por ventilación se presentan en aquellas máquinas que tienen un ventilador entre sus componentes para contrarrestar el calentamiento.
c) Pérdidas magnéticas
Son aquellas manifestadas por un par opuesto al sentido de rotación y tienen dos componentes que son la histéresis y las corrientes parásitas.
La histéresis es una propiedad de los elementos ferromagnéticos, que es la capacidad de retener parte del flujo con que fueron magnetizados.
Se desribe:
(1)Una posición de la armadura
magnetizada por el flujo polar.
(2)La armadura girada un pequeño ángulo
reteniendo su flujo de histéresis. Cuando es atraído el flujo de histéresis por
el flujo polar se genera el par de histéresis, opuesto al sentido de giro.
(3)Las corrientes de Foucault, son
debidas a que el material ferromagnéticos, es además conductor de electricidad,
lo que ocasiona que se formen grupos en forma de espiras cerradas, alrededor
del flujo.
(4)Cuando estos circuitos se mueven junto
al núcleo, varía su flujo, por lo que se inducen fuerzas electromotrices y
circulan corrientes, lo que forma un solenoide con su flujo central, que al ser
atraído por el flujo polar se forma el par debido a corrientes de Foucault.
d) Pérdidas rotacionales
Aquellas que se manifiestan en conjunto de las pérdidas mecánicas,
opuestas al movimiento y en rotación.
Por lo tanto las pérdidas rotacionales se encuentran en función de la
velocidad y el grado de saturación del circuito magnético, sin embargo al nivel
elemental de este estudio se trataran como constantes.
12.-Devanados en la máquina de CD.
a) Cuál es la función de los devanados de campo y que característica
tiene cada uno.
Es el devanado del estator y permite producir el campo que
posibilita la conversión de energía.
b) Qué características tienen los devanados de armadura (ondulado,
imbricado).
Realizan la conversión de energía eléctrica en mecánica.
Devanado Imbricado: El tipo más sencillo de devanado que se usa en
la construcción de máquinas modernas de cc es
el devanado simple imbricado o devanado paralelo. En este tipo de devanado cada bobina tiene una espira más y sus dos extremos están conectados a dos delgas
adyacentes. Si el extremo final de la
bobina se conecta a la delga siguiente a la cual se ha conectado el extremo
inicial se tiene un devanado imbricado progresivo.
Un
devanado imbricado tiene tantas ramas en
paralelo como polos tenga la máquina. Si C es el número de bobinas y de delgas del rotor y P es el
número de polos de la máquina, entonces habrá C/P bobinas en cada una de las P
ramas en paralelo en que se divide la corriente de la máquina.
Devanado Ondulado: El devanado ondulado o serie es
otra manera de conectar las bobinas a las delgas del colector. Pada dos delgas
adyacentes hay dos bobinas en serie, cada una de las cuales tiene un lado frente a un polo. El voltaje final es la
suma de los voltajes inducidos frente a cada polo y no puede haber
desequilibrios de tensión.
13. Explica cómo se produce la Reacción de Armadura y cómo se controla.
La reacción de armadura es producida cuando el campo magnético de los
polos y el campo magnético de la armadura distorsionan el campo magnético
total, creando en la zona neutra de los polos un flujo magnético, a esta
distorsión del campo magnético total se le llama reacción de armadura y produce
voltajes inducidos en las bobinas cortocircuitadas por las escobillas
provocando chispazos, también ocasiona saturación en los polos.
Una de las soluciones a este problema es rotar las escobillas a la zona
neutra cuando son motores pequeños y de baja potencia. Para motores de gran
potencia se utilizan polos conmutadores, situados en los polos principales de
la máquina, estos polos poseen bobinas las cuales se conectan en serie a la
bobina, así el flujo magnético creado en estas bobinas contrarrestan al flujo
de la armadura evitando la saturación en los polos.
14. La ecuación de Froelich y para que se emplea
La función de Froelich es una
relación entre el flujo y corriente de excitación, Aproximándose a una curva de
magnetización de una manera más satisfactoria,
Aproximándose así a la curva de
magnetización de una forma satisfactoria
15. Qué información nos da el porcentaje de regulación.
Es una cantidad que compara el voltaje de salida sin carga, con el
voltaje de salida a plena carga
19.- Describe los pasos a seguir en la puesta en
marcha de un generador de CD.
I.
Leer la placa de datos y asegurarse de
que se tenga la infraestructura que el equipo demanda.
II.
Realizar una revisión visual del equipo
si no requiere mantenimiento, continuamos.
III.
Si la capacidad del equipo es igual o
inferior a dos hp, se puede conectar directamente, si es mayor necesita un
arrancador.
IV.
Como la resistencia de armadura es muy
pequeña, la corriente de arranque tiene un valor tan elevado que resulta
peligroso a la máquina y a la fuente, por ello se hace lo siguiente:
·
Aplicar voltaje reducido durante el
arranque. Se suele hacer cuando se incluye control de velocidad.
·
Intercalar una resistencia de arranque
Ra que se sume a la de armadura, de tal modo que la corriente de arranque no
rebase los valores permisibles.
5. Con máquinas que arrancan en frío se puede
aplicar una corriente que rebase los valores nominales.
6. En máquinas paradas y arranques constantes se
recomienda no rebasar el valor nominal.
Es
conveniente monitorear el funcionamiento de la máquina con regularidad.
20.- Enuncia las leyes en las que se apoya el
funcionamiento de las máquinas eléctricas.
Ley de Lenz: Relaciona cambios magnéticos
producidos en el campo eléctrico por un conductor con la propiedad de variar el
flujo magnético, y afirma que las tensiones o voltajes aplicados a un
conductor, generan una F.E.M (fuerza electro motriz) que se opone al paso de la
corriente que la produce.
Ley de Ohm: La intensidad de la corriente eléctrica
que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la
diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia
del mismo.
Ley de Faraday: Cualquier cambio del entorno
magnético en que se encuentra una bobina de cable, originará un
"voltaje" (una fem inducida en la bobina).
Ley de Biot-Savart: Indica el campo magnético creado
por corrientes eléctricas estacionarias.
Ley de Ampere: Explica que la circulación de la
intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es proporcional a la
corriente que recorre en ese contorno. Posteriormente, fue corregida por James
Clerk Maxwell y en la actualidad es una de las ecuaciones de Maxwell.
21.- Cuál es el inductor y cuál es el inducido en
la máquina de CD.
El estator cubre la función de inductor y el rotor
y su devanado tienen la función de inducido
Bibliografía:
Máquinas Eléctricas
Stephen Chapmann
Mc. Graw Hill 1987
Fundamentos de circuitos eléctricos
Alexander; Sadiku
Mc Graw Hill 2014
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