1. Andrs Gonzlez Hernndez. FUNDAMENTOS DE MAQUINAS ELECTRICAS 2. Onda Senoidal *Llamamos onda senoidal a la seal de corriente alterna que varia a travs del tiempo. Es decir, que tiene un semiciclo positivo y un semiciclo negativo. *Las ondas senoidales pueden ser modificadas o pueden ser retardadas. *Estn comprendidas entre un valor pico negativo(punto mas bajo) y un valor pico positivo(punto mas alto). 3. Valor Eficaz. Se define como el valor de una corriente rigurosamente constante que al circular por una determinada resistencia hmica pura produce los mismos efectos calorficos que dicha corriente variable(corriente alterna). En el caso de la corriente sinusoidal con una amplitud o de pico, el valor eficaz es el siguiente: 4. Valor RMS. El valor RMS es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipacin de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa. El valor efectivo de una onda alterna se obtiene multiplicando su valor mximo por 0.707. 5. Armnico o Armnica. En mecnica ondulatoria, un armnico es el resultado de una serie de variaciones adecuadamente acomodadas en un rango o frecuencia de emisin, denominado paquete de informacin o fundamental. Dichos paquetes configuran un ciclo que, adecuadamente recibido, suministra a su receptor la informacin de cmo su sistema puede ofrecer un orden capaz de dotar al medio en el cual expresa sus propiedades de una armona. El armnico, por lo tanto es dependiente de una variacin u onda portadora. En acstica y telecomunicaciones, un armnico de una onda es un componente sinusoidal de una seal. En sistemas elctricos de corriente alterna los armnicos son frecuencias mltiplos de la frecuencia fundamental de trabajo del sistema y cuya amplitud va decreciendo conforme aumenta el mltiplo. 6. Impedancia. La impedancia (Z) es la medida de oposicin que presenta un circuito a una corriente cuando se aplica una tensin. La impedancia extiende el concepto de resistencia a los circuitos de corriente alterna (CA), y posee tanto magnitud como fase, a diferencia de la resistencia, que slo tiene magnitud. Cuando un circuito es alimentado con corriente continua (CC), su impedancia es igual a la resistencia; esto ltimo puede ser pensado como la impedancia con ngulo de fase cero. Por definicin, la impedancia es la relacin (cociente) entre el fasor tensin y el fasor intensidad de corriente: Z= frac{V}{I} Donde Z es la impedancia, V es el fasor tensin e I corresponde al fasor corriente. El concepto de impedancia tiene especial importancia si la corriente vara en el tiempo, en cuyo caso las magnitudes se describen con nmeros complejos o funciones del anlisis armnico. Su mdulo (a veces inadecuadamente llamado impedancia) establece la relacin entre los valores mximos o los valores eficaces de la tensin y de la corriente. La parte real de la impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la reactancia. El concepto de impedancia permite generalizar la ley de Ohm en el estudio de circuitos en corriente alterna (CA), dando lugar a la llamada ley de Ohm de corriente alterna que indica: I= frac{V}{Z} 7. Reactancia Capacitiva y Reactancia Inductiva. En electrnica se denomina reactancia a la oposicin ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) o condensadores y se mide en Ohmios. Los otros dos tipos bsicos de componentes de los circuitos, transistores y resistores, no presentan reactancia. Cuando circula corriente alterna por alguno de estos dos elementos que contienen reactancia la energa es alternativamente almacenada y liberada en forma de campo magntico, en el caso de las bobinas, o de campo elctrico, en el caso de los condensadores. Esto produce un adelanto o atraso entre la onda de corriente y la onda de tensin. Este desfasaje hace disminuir la potencia entregada a una carga resistiva conectada luego de la reactancia sin consumir energa. la reactancia capacitiva es el tipo de reactancia que se opone al cambio del voltaje por lo cual se dice que la corriente (i) adelanta al voltaje (v) por 90, por lo cual al representar este defasamiento en un diagrama de onda senoidal y/o de fasores la corriente ir 90 adelante del voltaje en la reactancia inductiva es lo contrario a la capacitiva, en este caso la corriente ser la que sea adelantada por el voltaje puesto que la reactancia inductiva se opone a los cambios de voltaje. 8. Campo Magntico. Un campo magntico es una descripcin matemtica de la influencia magntica de las corrientes elctricas y de los materiales magnticos. El campo magntico en cualquier punto est especificado por dos valores, la direccin y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial. Especficamente, el campo magntico es un vector axial, como lo son los momentos mecnicos y los campos rotacionales. El campo magntico es ms comnmente definido en trminos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas elctricas. Campo magntico puede referirse a dos separados pero muy relacionados smbolos B y H. Los campos magnticos son producidos por cualquier carga elctrica en movimiento y el momento magntico intrnseco de las partculas elementales asociadas con una propiedad cuntica fundamental, su espn. En la relatividad especial, campos elctricos y magnticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagntico. Las fuerzas magnticas dan informacin sobre la carga que lleva un material a travs del efecto Hall. La interaccin de los campos magnticos en dispositivos elctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnticos. 9. Intensidad De Campo Magntica. Esto demuestra que cuando un conductor es atravesado por una corriente elctrica, a su alrededor aparece un campo magntico. Observando el espectro del campo magntico se puede apreciar que las lneas de fuerza toman la forma de crculos concntricos que se cierran a lo largo de todo el conductor. Si situamos varias agujas imantadas alrededor del conductor, podremos observar que su orientacin depende del sentido de la corriente. Para determinar el sentido de las lneas de fuerza de una forma sencilla, se aplica la regla del sacacorchos o de Maxwell que dice as: El sentido de las lneas de fuerza, concntricas al conductor, es el que indicara el giro de un sacacorchos que avanzase en el mismo sentido que la corriente 10. Flujo De Campo Magntico. El flujo magntico (representado por la letra griega fi ), es una medida de la cantidad de magnetismo, y se calcula a partir del campo magntico, la superficie sobre la cual acta y el ngulo de incidencia formado entre las lneas de campo magntico y los diferentes elementos de dicha superficie. La unidad de flujo magntico en el Sistema Internacional de Unidades es el weber y se designa por Wb (motivo por el cual se conocen como webermetros los aparatos empleados para medir el flujo magntico). En el sistema cegesimal se utiliza el maxwell (1 weber =108 maxwells). [Wb]=[V][s]1 11. Voltaje Inducido En Un Conductor. El voltaje inducido (mas llamado fuerza electromotriz: FEM) (representado V) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente elctrica en un circuito cerrado. Es una caracterstica de cada generador elctrico. Con carcter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor V cuya circulacin, int_S V ds ,, define el voltaje inducido del generador. 12. Potencia. La potencia elctrica es la relacin de paso de energa de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energa entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt). Cuando una corriente elctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energa al hacer un trabajo mecnico o termodinmico. Los dispositivos convierten la energa elctrica de muchas maneras tiles, como calor, luz (lmpara incandescente), movimiento (motor elctrico), sonido (altavoz) o procesos qumicos. La electricidad se puede producir mecnica o qumicamente por la generacin de energa elctrica, o tambin por la transformacin de la luz en las clulas fotoelctricas. Por ltimo, se puede almacenar qumicamente en bateras. La energa consumida por un dispositivo elctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energa elctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios- hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos elctricos debe figurar junto con la tensin de alimentacin en una placa metlica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base. 13. Permeabilidad. En fsica se denomina permeabilidad magntica a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a travs de ella campos magnticos, la cual est dada por la relacin entre la induccin magntica existente y la intensidad de campo magntico que aparece en el interior de dicho material. La magnitud as definida, el grado de magnetizacin de un material en respuesta a un campo magntico, se denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por el smbolo : mu = frac {B} {H}, donde B es la induccin magntica (tambin llamada densidad de flujo magntico) en el material, y H es intensidad de campo magntico. 14. Fuerza De Lorenz. En fsica, la fuerza de Lorentz es la fuerza ejercida por el campo electromagntico que recibe una partcula cargada o una corriente elctrica. 15. Direccin De Fuerza Del Campo Magntico En Un Conductor Recto. Toda carga en movimiento crea en el espacio que la rodea un campo magntico. Una segunda carga mvil que se encontrara en las cercanas de la primera sufrira la accin de una fuerza que sera la suma de las fuerzas elctricas y magnticas. Las primeras observaciones que se realizaron sobre campos magnticos creados por las corrientes elctricas fueron realizadas por Oersted al observar como una aguja imantada se orientaba perpendicularmente a un conductor que era atravesado por una intensidad de corriente i. Posteriormente fueron Biot y Savart y tambin Ampre quienes establecieron el valor de la induccin del campo magntico en un punto situado en las cercanas de un conductor recorrido por una intensidad de corriente. Para ello consideramos al conductor dividido en partes de longitud diferencial (dl), en cada uno de estos elementos del conductor hay cargas mviles que originan un campo magntico. El vector induccin total en un punto ser la suma de todos los vectores diferenciales induccin de campo originados por cada elemento del conductor. 16. Histresis. La histresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estmulo que la ha generado. Podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenmeno. Por extensin se aplica a fenmenos que no dependen slo de las circunstancias actuales, sino tambin de cmo se ha llegado a esas circunstancias. 17. Trabajo Mecnico. En mecnica clsica, se dice que una fuerza realiza trabajo cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo ser equivalente a la energa necesaria para desplazarlo1 de manera acelerada. El trabajo es una magnitud fsica escalar que se representa con la letraW (del ingls Work) y se expresa en unidades de energa, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades. Ya que por definicin el trabajo es un trnsito de energa,2 nunca se refiere a l como incremento de trabajo, ni se simboliza como W. 18. Corrientes Parasitas O De Foucault. La corriente de Foucault (corriente parsita tambin conocida como "corrientes torbellino", o Eddy currents en ingls) es un fenmeno elctrico descubierto por el fsico francs Len Foucault en 1851. Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magntico variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulacin de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnticos que se oponen al efecto del campo magntico aplicado (ver Ley de Lenz). Cuanto ms fuerte sea el campo magntico aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores sern las corrientes de Foucault y los campos opositores generados. En los ncleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magntico a que se someten aquellos ncleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parsitas en el ncleo (llamadas corrientes de Foucault), que no son ptimas para la buena eficiencia elctrica de ste. Las corrientes de Foucault crean prdidas de energa a travs del efecto Joule. Ms concretamente, dichas corrientes transforman formas tiles de energa, como la cintica, en calor no deseado, por lo que generalmente es un efecto intil, cuando no perjudicial. A su vez disminuyen la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos magnticos variables, como los transformadores de ncleo de hierro y los motores elctricos. Estas prdidas son minimizadas utilizando ncleos con materiales magnticos que tengan baja conductividad elctrica (como por ejemplo ferrita) o utilizando delgadas hojas de acero elctrico, apiladas pero separadas entre s mediante un barniz aislante u oxidadas tal que queden mutuamente aisladas elctricamente. Los electrones no pueden atravesar la capa aislante entre los laminados y, por lo tanto, no pueden circular en arcos abiertos. Se acumulan cargas en los extremos del laminado, en un proceso anlogo al efecto Hall, produciendo campos elctricos que se oponen a una mayor acumulacin de cargas y a su vez eliminando las corrientes de Foucault. Cuanto ms corta sea la distancia entre laminados adyacentes (por ejemplo, cuanto mayor sea el nmero de laminados por unidad de rea, perpendicular al campo aplicado), mayor ser la eliminacin de las corrientes de Foucault y, por lo tanto, menor el calentamiento del ncleo. 19. Momento De Torsin. El mdulo de torsin o momento de torsin (o inercia torsional) es una propiedad geomtrica de la seccin transversal de una viga o prisma mecnico que relaciona la magnitud del momento torsor con las tensiones tangenciales sobre la seccin transversal. Dicho mdulo se designa por J y aparece en las ecuaciones que relacionan las tensiones tangenciales asociadas, el momento torsor (Mx) y la funcin del alabeo unitario (), esa relacin viene dada aproximadamente por las dos ecuaciones siguientes: tildetau_{xy} = left[cfrac{part omega}{part y}-(z-z)right]cfrac{Mx}{J} qquad qquad tildetau_{xz} = left[cfrac{part omega}{part z}+(y-y_right]cfrac{}{J} Y donde (y_C,z_C) son las coordenadas del centro de cortante de la seccin. Pieza de seccin rectangular torsionada. Para una pieza prismtica recta de seccin constante torsionada aplicando un momento torsor T constante a travs de sus extremos el mdulo de torsin se relaciona con el ngulo girado theta y la longitud total de la pieza mediante la expresin: J = frac{TL}{Gtheta} donde G es el mdulo de elasticidad transversal del material de la pieza. 20. Potencia De Un Motor. La potencia elctrica es la relacin de paso de energa de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energa entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt). Cuando una corriente elctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energa al hacer un trabajo mecnico o termodinmico. Los dispositivos convierten la energa elctrica de muchas maneras tiles, como calor, luz (lmpara incandescente), movimiento (motor elctrico), sonido (altavoz) o procesos qumicos. La electricidad se puede producir mecnica o qumicamente por la generacin de energa elctrica, o tambin por la transformacin de la luz en las clulas fotoelctricas. Por ltimo, se puede almacenar qumicamente en bateras. La energa consumida por un dispositivo elctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energa elctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos elctricos debe figurar junto con la tensin de alimentacin en una placa metlica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal. El par motor o torque es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisin de potencia. La potencia desarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisin, viniendo dada por: P = M ,omega ,! donde: P,! es la potencia (en W) M,! es el par motor (en Nm) omega ,! es la velocidad angular (en rad/s) 21. Transformacion De Energia En Una Maquina. La electricidad se entiende como el movimiento de los electrones. Para que los electrones se pongan en movimiento, es necesario un aparato llamado generador. Los generadores electromagnticos son mquinas capaces de transformar la energa mecnica en elctrica. Los electrones circulan por cables conectados al generador y llevan la electricidad desde los generadores hasta tu casa. Los motores elctricos son capaces de transformar la energa elctrica en mecnica. Son ampliamente utilizados en taladros, ventiladores, mquinas de afeitar, mquinas de coser, etc. 22. Eficiencia De Las Maquinas. La idea de rendimiento va unida a la de trabajo, cuando una mquina se usa para transformar, energa mecnica en energa elctrica o energa trmica en energa mecnica, su rendimiento puede definirse como la razn entre el trabajo que sale (trabajo til) y el que entra(trabajo producido), o como la razn entre la potencia que sale y la que entra, o como la razn entre la energa que sale y entra El rendimiento mecnico en una mquina ideal es 1 (u= 0 ) porque no existe rozamiento y el trabajo til es igual al trabajo producido.(potencia de salida igual a la potencia de entrada). El rendimiento mecnico en una mquina real (u>0) es siempre menor que 1, debido a las perdidas d energa por el rozamiento interno que surge durante su funcionamiento de la mquina. Generalmente se multiplica por 100, para que el rendimiento se exprese en porcentaje. El rendimiento total de un nmero de mquinas colocadas en serie es igual al producto de sus rendimientos individuales. La eficiencia comprende el trabajo, la energa y/o la potencia . Las mquinas sencillas o complejas que realizan trabajo tiene partes mecnicas que se mueven, de cmo que siempre se pierde algo de energa debido a la friccin o alguna otra causa. As, no toda la energa absorbida realiza trabajo til. La eficiencia mecnica es una medida de lo que se obtiene a partir de lo que se invierte , esto es, el trabajo til generado por la energa suministrada . 23. Qu es una maquina elctrica? Una mquina elctrica es un dispositivo capaz de transformar cualquier forma de energa en energa elctrica o a la inversa y tambin se incluyen en esta definicin las mquinas que trasforman la electricidad en la misma forma de energa pero con una presentacin distinta ms conveniente a su transporte o utilizacin. Se clasifican en tres grandes grupos: generadores, motores y transformadores.1 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 los amperivueltas necesarios 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 esttor y una parte mvil llamada rotor. Normalmente el rotor gira en el interior del esttor. Al espacio de aire existente entre ambos se le denomina entrehierro. Los motores y generadores elctricos son el ejemplo ms simple de una mquina rotativa. 24. Importancia De Las Maquinas Elctricas. La importancia indiscutible de las mquinas elctricas en el mundo en que vivimos es indiscutible. Desde el transformador que nos permite disfrutar de electricidad en casi cualquier rincn del planeta, hasta el motor del coche elctrico de ltima generacin; las mquinas elctricas nos llevan acompaando y facilitando la vida durante muchos aos y las perspectivas de futuro, con las estrategias de electrificacin de los pases desarrollados, apuntan a que sern todava muchos ms.