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Manual de Mantenimiento y Seguridad Eléctrica

Instituto Regional de Occidente, contiguo al Hospital José Rubí, El Viejo

Telf.: 2344-2212. E-mail: [email protected]

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INSTITUTO REGIONAL DE OCCIDENTE

IRO – El Viejo

Chinandega

MANUAL DE MANTENIMIENTO ELECTRICO

Y PREVENCIÓN DE RIESGOS

Instructor: Roberto José Oviedo Díaz

Septiembre 2013




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INDICE UNIDAD I: CONCEPTOS DE INSTALACIONES ELECTRICAS..................................... 5

1. Concepto ...................................................................................................................... 5

2.Circuito eléctrico ................................................................................................................. 5

Circuito serie. ......................................................................................................................... 6

Circuito paralelo ..................................................................................................................... 6

3. Definición de parámetros eléctricos ............................................................................ 7

3.1- La corriente eléctrica o Intensidad (I) ......................................................................... 7

3.1.1 Tipos De Corriente Eléctrica ..................................................................................... 7

Corriente continua (DC, CC) ............................................................................................. 7

Corriente alterna (CA o AC) .............................................................................................. 8

3.2- Voltaje o diferencia de potencial (V) .......................................................................... 8

3.3- Resistencia (R). ........................................................................................................... 9

3.4- Potencia (P) ................................................................................................................. 9

4. OPERACIONES BÁSICAS DE MEDICIÓN .......................................................... 10

4.1 Medición de Voltajes .................................................................................................. 10

4.2 Mediciones de corrientes ............................................................................................ 10

4.3 Mediciones de resistencias ......................................................................................... 11

4.4 Medición de potencia - El Vatímetro. ........................................................................ 11

5. Conductores Eléctricos .............................................................................................. 12

6. Mantenimiento Eléctrico: .......................................................................................... 14

6.1 Tipos de mantenimientos eléctricos ........................................................................... 14

6.2 Importancia ................................................................................................................. 15

6.3 Objetivos ..................................................................................................................... 15

6.4 Funciones del Mantenimiento Eléctrico ..................................................................... 16

6.5 Etapas para la organización y ejecución del Mantenimiento Eléctrico ...................... 16

UNIDAD II: DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN (PERSONA, CIRCUITO,

EQUIPO). ............................................................................................................................ 17

1. Elementos de Protección ........................................................................................... 17

1.2 Elementos De Protección Y Maniobra ...................................................................... 17

1.3 Elementos de Mando ................................................................................................. 18

1.4 Paneles de Distribución .............................................................................................. 19

UNIDAD III: MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS Y

AUTOTRANSFORMADORES ........................................................................................ 21




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1. Conceptos básicos ............................................................................................................ 21

1.1-Magnetismo .................................................................................................................... 21

1.2-Electromagnetismo ......................................................................................................... 22

1.3- Campo Magnético ......................................................................................................... 22

1.4- Ley de polaridad ............................................................................................................ 22

1.5- Inducción Magnética ..................................................................................................... 22

1.6- Ley de Lenz ................................................................................................................... 23

2. Principios de Funcionamiento de los transformadores ..................................................... 23

2.1- Concepto ....................................................................................................................... 23

2.2- Símbolo ......................................................................................................................... 24

2.3- Estructura y funcionamiento: ........................................................................................ 24

2.4- Tipos de núcleos ............................................................................................................ 24

3. Clasificación de los transformadores monofásicos .......................................................... 25

3.1- De intensidad ................................................................................................................. 26

4- Auto Transformador ......................................................................................................... 28

5-. Cálculo de transformadores ............................................................................................. 28

5.1-Número de espiras .......................................................................................................... 29

5.2-Relación de Transformación .......................................................................................... 30

5.3-Rendimiento del transformador ...................................................................................... 31

6- Mantenimiento técnico a transformadores ...................................................................... 31

6.1-Prueba de corto circuito en el transformador ................................................................. 31

6.2- Técnicas de verificación de transformadores monofásicos ........................................... 32

6.3-Trabajos de Mantenimiento general de campo a los transformadores ........................... 33

7 Pruebas para el mantenimiento a los transformadores ...................................................... 33

7.1- Las pruebas preliminares ............................................................................................... 34

7.2 Las llamadas pruebas intermedias .................................................................................. 34

7.3 Las pruebas finales ......................................................................................................... 34

8-Descripción de algunas pruebas a transformadores Monofásicos ..................................... 35

8.1-Pruebas al aceite ............................................................................................................. 35

8.1.1-Prueba de rigidez dieléctrica del aceite ....................................................................... 35

8.2-Prueba de resistencia de aislamiento .............................................................................. 37

8.3- Medición de la resistencia de los devanados ................................................................. 39

8.4-Prueba de polaridad ........................................................................................................ 40

8.5-- Prueba de relación de transformación .......................................................................... 43




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9. Redes trifásicas ................................................................................................................. 44

10.1 Conexiones ................................................................................................................... 44

Conexión estrella-estrella ..................................................................................................... 44

Conexión delta -delta ............................................................................................................ 45

Conexión estrella-delta ......................................................................................................... 45

Conexión delta-estrella ......................................................................................................... 46

10.2 Calculo de magnitudes eléctricas ................................................................................. 47

Unidad IV: Motores asincrónicos de AC de uso industrial. .......................................... 48

1. Motores Monofasicos ...................................................................................................... 48

1.1-Introducción ................................................................................................................... 48

1.2-Principio de operación. ................................................................................................... 48

1.3-Partes principales de un motor monofásico.................................................................... 50

2.Motores Trifásicos de AC. ................................................................................................ 51

2.1 Introducción .................................................................................................................... 51

2.2 Definición ....................................................................................................................... 52

2.3Clasificación de los motores trifásicos ............................................................................ 52

2.3.1Asincrónico ................................................................................................................... 53

Rotor tipo jaula de ardilla ..................................................................................................... 53

Rotor bobinado y anillos rozantes ........................................................................................ 54

2.3.2Sincrónico ..................................................................................................................... 55

Rotor de excitación con imán permanente ........................................................................... 55

Rotor de excitación independiente ....................................................................................... 56

2.4Motor asincrónico de inducción con rotor en jaula de ardilla. ........................................ 56

Definición ............................................................................................................................. 56

Partes principales .................................................................................................................. 57

Principio de Funcionamiento ................................................................................................ 59

UNIDAD V: PREVENCIÓN DE ACCIDENTES ELÉCTRICOS ............................. 65

1-INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 65

2- Factores que Condicionan los Efectos de la Corriente Eléctrica ................................. 66

3- Efectos De Corriente Eléctrica Sobre El Cuerpo Humano .......................................... 66

4. Normas De Seguridad Al Trabajar En Instalaciones Eléctricas ................................... 67

AUTOEVALUACION ..................................................................................................... 67




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UNIDAD I: CONCEPTOS DE INSTALACIONES ELECTRICAS

1. Concepto

Conjunto de Aparatos y de circuitos asociados en previsión de un fin particular: producción, conversión, transformación, transmisión, distribución o utilización de la energía Eléctrica. Las Instalaciones eléctricas de Edificios de Vivienda comprenden el conjunto de materiales asociados a una aplicación determinada cuyas características están coordinadas.

2. Circuito eléctrico

Se denomina circuito eléctrico a una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, fuentes, y/o dispositivos electrónicos semiconductores, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas. En la figura podemos ver un circuito eléctrico, sencillo pero completo, al tener las partes fundamentales:

1. Una fuente de energía eléctrica, en este caso la pila o batería.

2. Una aplicación, en este caso una lámpara incandescente.

3. Unos elementos de control o de maniobra, el interruptor.

4. Un instrumento de medida, el Amperímetro, que mide la intensidad de corriente.

5. El cableado y conexiones que completan el circuito.

Un circuito eléctrico tiene que tener estas partes, o ser parte de ellas.

Circuito abierto.

Circuito cerrado.




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Por el tipo de señal: De corriente continua De corriente alterna Mixtos

Por el tipo de régimen: Periódico Transitorio Permanente

Por el tipo de componentes: Eléctricos: Resistivos, inductivos, capacitivos y mixtos Electrónicos: digitales, analógicos y mixtos

Por su configuración: Serie Paralelo

Circuito serie: Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros.) se conectan secuencialmente. El terminal de salida de un dispositivo se conecta al terminal de entrada del dispositivo siguiente.

Circuito paralelo: El circuito paralelo es una conexión donde, los bornes o terminales de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.




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3. Definición de parámetros eléctricos

3.1- La corriente eléctrica o Intensidad (I) :Es el flujo de electrones que circulan a través de un conductor eléctrico.

Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio, representado con el símbolo A. El aparato utilizado para medir corrientes es el amperímetro, la corriente se simboliza con la letra I (i).

El termino corriente eléctrica, o simplemente corriente, se emplea para describir la tasa de flujo de electrones que pasa por alguna región de espacio conductor en una sola dirección y sentido.

3.1.1 Tipos De Corriente Eléctrica

La corriente eléctrica puede ser Corriente Continua o Corriente Alterna. Corriente continua (DC, CC),como su nombre lo indica es constante. Un ejemplo típico es la pila o batería. La corriente alterna en cambio, también su nombre lo dice, va alternando, a razón de 60 veces por segundo, entre positivo uno y negativo. Ambas corrientes tienen sus cualidades y sirven para distintas cosas. Antes sólo se usaba la continua, pero en alto voltaje era muy peligrosa, Ahora todas las líneas domésticas e industriales son alternas. La corriente continua viaja en una sola dirección, del negativo al positivo pero es muy susceptible a perder potencia en los largos cables de conducción la corriente alterna viaja en ambas, es menos susceptible, a la resistencia en tramos largos. Pero lo que la hace mas ideal es que al ser alterna es muy fácil el transformarla en mayor o menor voltaje y en mayor o menor amperaje que la corriente continua. Por eso es que es más popular. La corriente continua implica un flujo de carga que fluye siempre en una sola dirección. Los electrones se mueven siempre en el circuito en la misma dirección, del borne negativo que los repele al borne positivo que los atrae. Al desplazarse




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en este sentido los electrones, los protones o ausencias de electrones (cargas positivas) lo hacen en sentido contrario, es decir, desde el polo positivo al negativo. La corriente continua se caracteriza por su tensión, porque, al tener un flujo de electrones prefijado pero continuo en el tiempo, proporciona un valor fijo de ésta (de signo continuo).

Figura Fuente DC

Corriente alterna (CA o AC), los electrones no se desplazan de un polo a otro, sino que a partir de su posición fija en el cable (centro), oscilan de un lado al otro de su centro, dentro de un mismo entorno o amplitud, a una frecuencia determinada (número de oscilaciones por segundo).

Por tanto, la corriente así generada (contraria al flujo de electrones) no es un flujo en un sentido constante, sino que va cambiando de sentido y por tanto de signo continuamente, con tanta rapidez como la frecuencia de oscilación de los electrones.

Figura Fuente AC 3.2- Voltaje o diferencia de potencial (V) ,Es la diferencia de potencial entre dos puntos, es la energía que desplaza a los electrones, su unidad de medida es el voltio y se representa con la letra V. La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito, también suele designarse como caída de tensión. Cuando por dichos puntos puede circular una




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corriente eléctrica, la polaridad de la caída de tensión viene determinada por la dirección convencional de la misma, esto es, del punto de mayor potencial al de menor. Por lo tanto, si por la resistencia R de la (Figura 8) circula una corriente de intensidad I, desde el punto A hacia el B, se producirá una caída de tensión en la misma con la polaridad indicada y se dice que el punto A es más positivo que el B. El aparato de medición del voltaje es el Voltímetro

Figura Diferencia de potencial

3.3- Resistencia (R).

Es la oposición que se le presenta al flujo de electrones en un circuito, se representa con la letra R, y su símbolo es una línea (Figura 9) quebrada su unidad de medida es el Ohm (Ω) letra griega omega. Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna, el aparato de medición de la resistencia es el Ohmetro.

Figura símbolos

3.4- Potencia (P)que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso de transformación de la energía eléctrica en trabajo. Cuando se trata de corriente continua(DC) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo de dos terminales es el producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo. Esto es,

Donde I es el valor instantáneo de la corriente y Ves el valor instantáneo del voltaje. Si Ise expresa en amperios y V en voltios, Pestará expresada en vatios. Igual definición se aplica cuando se consideran valores promedio para I, V y P. Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o podemos calcular la resistencia equivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como




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4. OPERACIONES BÁSICAS DE MEDICIÓN

4.1 Medición de Voltajes

El multímetro se puede usar como voltímetro; esto es, para medir diferencias de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico (la unidad del voltaje es el Voltio (V)). El voltímetro debe conectarse en paralelo en el circuito, porque su resistencia interna es muy grande, de tal manera que la corriente que pasa a través de él es muy pequeña, así, su presencia no modifica significativamente el circuito. Los multímetros pueden medir tanto voltajes en circuitos de corriente directa o continua, simbolizada como “DC” ó “-”, como de corriente alterna, simbolizada como “AC” ó “~”. Por ello, dependiendo del tipo de corriente, se debe elegir una de estas dos opciones en el correspondiente selector de funciones, también se debe escoger la escala y colocar las puntas de medición en los bornes apropiados. Fig. Conexión del Voltímetro

4.2 Mediciones de corrientes

El multímetro también se puede utilizar como amperímetro para medir la corriente en una rama de un circuito (la unidad de la corriente es el Amperio (A)). El amperímetro debe conectarse en serie en el circuito. La resistencia interna del amperímetro es muy pequeña para que no modifique el circuito, significativamente. Igual que el voltímetro, el amperímetro puede ser usado para medir corrientes en circuitos de corriente directa y de corriente alterna; como antes, se debe seleccionar la opción deseada, escoger la escala y colocar las puntas de prueba apropiadamente.




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Fig. Conexión del Amperímetro Para el caso de corriente alterna, la corriente que mide el amperímetro es la RMS, la cual se define similarmente al voltaje RMS.

4.3 Mediciones de resistencias

Otra de las aplicaciones comunes del multímetro es usarlo como ohmmetro; es decir, para medir la resistencia de un elemento eléctrico. La unidad de resistencia

es Ohm(). Para medir resistencia, debe conectarse como lo indican las Figuras. El ohmmetronunca debe conectarse a un circuito con la fuente de energía activada. En general, la resistencia debe ser aislada del circuito para medirla.

Fig. Conexión del Óhmetro

4.4 Medición de potencia - El Vatímetro.

La medición de potencia eléctrica activa se realiza con el vatímetro. Este instrumento de medición tiene una parte amperimétrica, la cual se conecta como los amperímetros comunes (intercalado en la línea) y una parte voltimétrica que se conecta como los voltímetros, en paralelo a las líneas que conducen la corriente eléctrica, de manera que se obtenga la potencia por efecto de ambas medidas




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Fig. Conexión del Vatímetro

5. Conductores Eléctricos

Los Conductores Eléctricos son el Medio a través de los cuales se transporta la energía Eléctrica desde la central de Generación, hasta el punto de utilización. Los cables eléctricos se caracterizan por el númerode conductores y por la tensión nominal y por la seccióndel conductor. 5.1Por El Número De Conductores Según el número de conductores los cables se puedenclasificar en unipolares y multipolares. Unipolares: Son los que están compuestos del conductor, aislantey cubierta, se emplean para cablear el interior de loscuadros eléctricos. Multipolares: Son los que están compuestos por dos conductores(bipolares), tres conductores (tripolares), cuatroconductores (tetrapolares) o cinco conductores(pentapolares). Son los que conducen la corriente eléctrica entre elcuadro eléctrico y los receptores o a los generadoresde corriente.




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5.2 Por La Tensión Nominal Corresponde a la máxima tensión que puede soportarsu aislante. La tensión de trabajo debe ser inferiora la tensión nominal del cable. 5.3 Por La Sección Del Conductor La elección de la sección del conductor depende dedos factores: de la caída de tensión que se puede producir por el cable y de la intensidad máxima queva a circular por el cable. Si la intensidad que circula por el cable es más elevadade la que puede soportar este se calienta y puede llegar a fundirse o provocar un incendio. En la tabla se muestra los valores de sección que se deben usar para diferentes intensidades. En cuanto a la caída de tensión, si el cable es largo yde poca sección se puede producir una gran caída de tensión, llegando al receptor una tensión menor que ala que tiene que trabajar el aparato en cuestión.

Calibre AWG

O MCM

Sección del

conductor enmm

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Capacidad de conducción de Corriente en Amperios

A 60ª A 75ª A 90ª

14 2.08 20 20 25

12 3.31 25 25 30

10 5.26 30 35 40

8 8.36 40 50 55

6 13.20 55 65 75

4 21.15 70 85 95

2 33.62 95 115 130

1/0 53.49 125 150 170

2/0 67.43 145 175 195

3/0 85.01 165 200 225

4/0 107.20 195 230 260

Tabla de Capacidad en Amperios y diámetro de Conductores




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6. Mantenimiento Eléctrico:

Conjunto de acciones oportunas, continúas y permanentes dirigidas a prever y asegurar el funcionamiento normal, la eficiencia y la buena apariencia de equipos eléctricos.

6.1 Tipos de mantenimientos eléctricos

Mantenimiento rutinario: Este sistema nace en Japón y fue desarrollado por primera vez en 1969 en la empresa japonesa DENSO del grupo Toyota la cual se extendió por Japón durante los años 70, luego inicia su implementación fuera de Japón a partir de los años 80 es una actividad diaria y consiste en una serie de tareas, tales como: toma de datos, inspecciones visuales, limpieza, lubricación y reapriete de tornillos en equipos, máquinas e instalaciones en servicio; como así también el cuidado y limpieza de los espacios comunes y no comunes del área de mantenimiento. El personal que lo práctica no requiere de mucha especialización técnica pero informa novedades de todo tipo.

Mantenimiento correctivo: Es un mantenimiento simple, que consiste en reparar la avería producida y es aplicable a equipos que permiten la interrupción operativa en cualquier momento, sin importar el tiempo de interrupción y sin afectar la seguridad del personal o bienes.

Mantenimiento programado: Este método se basa en tener un programa de acción por falla de fiabilidad ocasional para un equipo determinado y en la oportunidad de detención.

Mantenimiento preventivo:Se realiza retirando la máquina o equipo del servicio operativo para realizar inspecciones y sustituir (o no) componentes de acuerdo a una programación planificada y organizada con antelación. este tipo de mantenimiento es muy ventajoso.

Mantenimiento predictivo: Este tipo de mantenimiento, permite un adecuado control por la mayor frecuencia de inspecciones estando la máquina o equipo en funcionamiento, que es la forma adecuada de obtener datos concretos para el fin determinado de solucionar fallas.




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6.2 Importancia

Es de conocimiento general que hoy en día, el mantenimiento eléctrico es necesario para muchos aspectos en la vida diaria, de una forma u otra, ya sea en talleres, fábricas u oficinas etc. sus equipos necesitan de mantenimiento. Esto nos lleva a la conclusión de que el mantenimiento eléctrico debe ser continuo.

El Mantenimiento Eléctrico permite detectar fallas que comienzan a gestarse y que pueden producir en el futuro cercano o a mediano plazo una parada de una planta y/o

un siniestro afectando a personas e instalaciones. Esto permite la reducción de los tiempos de parada al minimizar la probabilidad de salidas de servicio imprevistas, no programadas, gracias a su aporte en cuanto a la planificación de las reparaciones y del mantenimiento. Los beneficios de reducción de costos incluyen ahorros de energía, protección de los equipos, velocidad de inspección y diagnóstico, verificación rápida y sencilla de la reparación.

La aplicación del mantenimiento se verá reflejada en:

Los costos de la producción. La calidad de los diferentes servicios. La capacidad operacional. La capacidad de respuesta ante situaciones de cambio. El uso de los medios de protección fisíca.

6.3 Objetivos

Reducir las paradas imprevistas de los diferentes equipos. Lograr que los equipos funcionen ininterrumpidamente y con eficiencia. Llevar a cabo una inspección sistemática de todas las instalaciones, con

intervalos de control para detectar oportunamente cualquier desgaste o rotura.

Mantener permanentemente los equipos e instalaciones, en su mejor estado para evitar los tiempos de parada que aumentan los costos.

Efectuar las reparaciones de emergencia lo más pronto posible. Prolongar la vida útil de los equipos e instalaciones al máximo. Conservar los bienes productivos en condiciones seguras y preestablecidas

de operación. Gestionar el mantenimiento para que incluya todos los aspectos relativos

dirigidos al departamento de Mantenimiento Eléctrico. Definir políticas de mantenimiento de calidad y seguridad. Clasificar los equipos en función de su importancia y qué modelo de

mantenimiento debe ser aplicable a cada equipo.




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6.4 Funciones del Mantenimiento Eléctrico

6.4.1 FUNCIONES PRIMARIAS:

Mantener, reparar y revisar los equipos. Modificar, instalar, remover equipos defectuosos. Desarrollar programas de mantenimiento preventivo y programado. Selección y entrenamiento del personal.

6.4.2 FUNCIONES SECUNDARIAS:

Asesorar la compra de los nuevos equipos. Hacer pedidos de repuestos y herramientas. Mantener los equipos de seguridad y demás sistemas de protección. Llevar la contabilidad e inventario de los equipos.

6.5 Etapas para la organización y ejecución del Mantenimiento Eléctrico

Para poder garantizar la disponibilidad operacional de equipos eléctricos, el mantenimiento debe ser ejecutado de manera continua y permanente a través de planes y objetivos precisos y claramente definidos. Teniendo en cuenta los siguientes términos:

Acciones: Las acciones más importantes de mantenimiento eléctrico son: planificación, programación, ejecución, supervisión y control.

Estas pueden ser:

Continúas: Que duran o se hacen sin interrupciones. Permanentes: Con una duración constante. Predecir:Conocer, deducir lo que ha de suceder. Asegurar: Establecer, fijar sólidamente, preservar de daños a las personas

y equipos. Funcionamiento: velar por el buen funcionamiento de los equipos.




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UNIDAD II: DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN (PERSONA, CIRCUITO, EQUIPO).

1. Elementos de Protección

1.1 FUSIBLES Son aparato que se colocan en serie con el circuitoy tiene por misión cortar el paso de corriente cuandose supera un valor de intensidad al que estáncalibrados.Al producirse una sobretensión, generalmente uncortocircuito, la intensidad que circula por el circuitoaumenta considerablemente y el elemento fusiblealcanza la temperatura de fusión y corta el pasode corriente. Consta de dos partes una que va fija en el cuadroeléctrico, llamada portafusible y el cartucho fusibleque es el que tiene el elemento fusible y que es el que se sustituye. 1.1.1. TIPOS DE FUSIBLES Los fusibles son de cuatro tipos según su forma: decuchillas, cilíndricos, D y DO.

1.2 Elementos De Protección Y Maniobra

Los elementos que combinan las características de protección y maniobra pueden ser de tipo térmico, magnético o termo magnéticos.

Los protectores magnéticos se utilizan para cortes rápidos y están constituidos por una bobina con un núcleo de hierro que acciona un interruptor de la instalación cuando recibe la sobre intensidad

Los protectores térmicos se emplean para cortes lentos y están constituidos por dos metales con distinto coeficiente de dilatación, soldados entre ellos en toda su superficie, que por efecto Joule sufren una curvatura que produce la desconexión de la instalación.




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Los interruptores automáticos termo magnéticos son los de empleo más común; son una combinación de las protecciones magnéticas con las térmicas, actuando ante cualquiera de los casos que se presenten.

La ventaja de este tipo de dispositivos es la facilidad de reposición del servicio y que evita el posible empleo de fusibles improvisados en caso de tener que reponerlos.

1.3 Elementos de Mando

1.3.1 Definición:

Son dispositivos que nos permiten abrir o cerrar el circuito cuando lo necesitamos.

1.3.2 Clasificación:

Interruptores. Abren o cierran el circuito y permanecen así hasta que volvamos a actuar sobre ellos. Entre ellos están: Interruptor sencillo, serie, paralelo, de tres vías (o Conmutado), de cuatro vías ( o de Cruces)




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Pulsadores. Abren o cierran el circuito y permanecen así mientras los mantengamos pulsados. Pueden ser Abiertos o Cerrados.

Conmutadores. Dirigen la corriente por un camino u otro.Los conmutadores son un elemento esencial en cualquier circuito eléctrico. En el mercado existe una gran variedad de modelos adaptados a casi todas las necesidades: de palanca,deslizantes o rotatorios, que se conectan a varios circuitos y diferentes posiciones.

1.4 Paneles de Distribución

Los paneles eléctricos de distribución consisten en una serie de paneles ubicados en la parte delantera y trasera del tablero que cuenta con los siguientes elementos:

Barrajes Breakers Elementos de conexión Elementos de medición

Los tableros de distribución consisten en paneles sencillos o conjuntos de paneles diseñados para ser ensamblados en forma de un sólo panel que incluye: barrajes, elementos de conexión, dispositivos automáticos de protección contra sobrecorriente y que pueden estar equipados con interruptores para accionamiento de circuitos de alumbrado, calefacción o fuerza. Los tableros de distribución son diseñados para instalación en gabinetes o cajas o montados sobre la




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pared y son accesibles solo por su frente.

Los centros de carga se fabrican ya sea monofásicos, bifásicos o trifásicos y en una gran diversidad de capacidades de conducción de corriente y componentes. Algunos de ellos traen consigo un interruptor principal.

Figura Componentes




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UNIDAD III: MANTENIMIENTO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS Y AUTOTRANSFORMADORES

1. Conceptos básicos

1.1-Magnetismo

El magnetismo, es uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo. El marco que aúna ambas fuerzas se denomina teoría electromagnética. La manifestación más conocida del magnetismo es la fuerza de atracción o repulsión que actúa entre los materiales magnéticos como el hierro. Sin embargo, en toda la materia se pueden observar efectos más sutiles del magnetismo. Recientemente, estos efectos han proporcionado claves importantes para comprender la estructura atómica de la materia.

Características del Magnetismo

Aunque hay una estrecha relación entre la electricidad y el magnetismo, ambas fuerzas son totalmente diferentes. Para que interactúen debe de haber un movimiento en alguna de ellas. Se sabe que el electrón tiene una carga electrostática que aplica una fuerza hacia el centro del electrón, y también se sabe que los electrones tienen un campo magnético a su alrededor debido a su rotación orbital. En el momento en que se encuentren van a formar un campo electromagnético por ser perpendiculares entre sí.

Los únicos materiales magnéticos naturalmente son el hierro, níquel y cobalto. Si los responsables del magnetismo son los electrones entonces nos preguntamos por qué no son todas las sustancias Magnéticas. Esto se debe a que en los átomos con electrones de spin opuesto tienden a formar parejas que anulan mutuamente su magnetismo.

Los materiales naturalmente magnéticos reciben el nombre de “ferromagnéticos”, pues se comportan como el hierro, en lo que se refiere al magnetismo. Estos materiales no siempre se comportan como imanes, esto se debe a que las moléculas están dispersas y sin alinear, por lo que cada una sigue una dirección al azar; cuando estas moléculas están alineadas las fuerzas magnéticas se suman, en este momento decimos que un material está “magnetizado”.

Todos los imanes tienen una polaridad en sus extremos, que reciben el nombre de “Norte” y “Sur”(N y S, respectivamente). El extremo Norte de un imán se determina suspendiendo un imán en un cordel para que apunte al Norte magnético. Esto se




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debe a que la tierra tiene un campo magnético, pues tiene una rotación del mismo modo que los electrones.

Los imanes presentan atracción y repulsión del mismo modo que las cargas, donde polos opuestos se atraen y polos semejantes se repelen.

1.2-Electromagnetismo

El movimiento de la aguja de una brújula en las proximidades de un conductor por el que circula una corriente indica la presencia de un campo magnético alrededor del conductor. Cuando dos conductores paralelos son recorridos cada uno por una corriente, los conductores se atraen si ambas corrientes fluyen en el mismo sentido y se repelen cuando fluyen en sentidos opuestos. El campo magnético creado por la corriente que fluye en una espira de alambre es tal que si se suspende la espira cerca de la Tierra se comporta como un imán o una brújula, y oscila hasta que la espira forma un ángulo recto con la línea que une los dos polos magnéticos terrestres. Cuando un conductor se mueve de forma que atraviesa las líneas de fuerza de un campo magnético, este campo actúa sobre los electrones libres del conductor desplazándolos y creando una diferencia de potencial y un flujo de corriente en el mismo. Se produce el mismo efecto si el campo magnético es estacionario y el cable se mueve que si el campo se mueve y el cable permanece estacionario.

1.3- Campo Magnético

Los campos magnéticos influyen sobre los materiales magnéticos y sobre las partículas cargadas en movimiento. En términos generales, cuando una partícula cargada se desplaza a través de un campo magnético, experimenta una fuerza que forma ángulos rectos con la velocidad de la partícula y con la dirección del campo. Como la fuerza siempre es perpendicular a la velocidad, las partículas se mueven en trayectorias curvas.

1.4- Ley de polaridad

Las polaridades reciben el nombre de norte y sur. Las leyes de atracción y repulsión que se aplican al magnetismo son las mismas que las de las cargas eléctricas excepto que se usan los conceptos de polaridades de N y S en lugar de positivo y negativo. Las leyes son: polos semejantes se repelen y polos distintos se atraen

1.5- Inducción Magnética

La línea de campo de un imán puede discurrir con mayor o menor densidad. Por ejemplo la densidad de las líneas de campo disminuye al aumentar la distancia al imán o a la bobina.




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La magnitud física que permite cuantificar este efecto es la densidad de flujo magnético o inducción magnética. Su unidad de medida es el tesla.

La inducción magnética indica la densidad del flujo magnético en un determinado punto.

1.6- Ley de Lenz

Cuando una corriente empieza a circular por un conductor, (figura 1) se genera un campo magnético que parte del conductor. Este campo atraviesa el propio conductor e induce en él una corriente en sentido opuesto a la corriente que lo causó. En un cable recto este efecto es muy pequeño, pero si el cable se arrolla para formar una bobina, el efecto se amplía, ya que los campos generados por cada espira de la bobina cortan las espiras vecinas e inducen también una corriente en ellas.

2. Principios de Funcionamiento de los transformadores

Para poder comprender el funcionamiento de un transformador se examinará el de construcción más elemental.

2.1- Concepto




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Es un circuito magnético simple, constituido por dos columnas y dos culatas, en el que han sido arrollados dos circuitos eléctricos.

2.2- Símbolo

Figura. 2 símbolos del transformador

2.3- Estructura y funcionamiento:

- Uno, está constituido por una bobina de N1 espiras, es conectado a la fuente de corriente alterna y recibe el nombre de Primario. - Otro constituido por un bobinado de N2 espiras, permite conectar a sus bornes un circuito eléctrico de utilización (la carga) y recibe el nombre de Secundario. Al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él (el bobinado) circulará una corriente eléctrica alterna (I1), que produce unafuerza magnetomotrizque causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno (Ф1) en el circuito magnéticodeltransformador

2.4- Tipos de núcleos

Existen 2 tipos de núcleos fundamentales de estructura del transformador ellos son el tipo núcleo y el tipo acorazado, los cuales se detallan a continuación. Tipo núcleo Este tipo de núcleo se representa en la (Figura 3), indicando el corte A-1 la sección transversal que se designa con S (cm2). Este núcleo no es macizo, sino que está formado por un paquete de chapas superpuestas, y aisladas eléctricamente entre sí. Para colocarlas y poder ubicar el bobinado terminado alrededor del núcleo, se construyen cortadas, colocando alternadamente una sección U con una sección I. La capa siguiente superior cambia la posición I con respecto a la U.




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Figura 3. Vista y corte de un núcleo tipo núcleo

El aislamiento entre chapas se consigue con barnices especiales, con papel de seda, o simplemente oxidando las chapas con un chorro de vapor.

Tipo acorazado Este tipo de núcleo es más perfecto, pues se reduce la dispersión, se representa en la (Figura 4), en vistas. Obsérvese que las líneas de fuerza de la parte central, alrededor de la cual se colocan las bobinas se bifurcan abajo y arriba hacia los 2 costados, de manera que todo el contorno exterior del núcleo puede tener la mitad de la parte central. Esto vale para las 2 ramas laterales como también para las 2 cabezas. Para armar el núcleo acorazado también se lo construye en trozos, unos en forma de E y otros en forma de I, y se colocan alternados, para evitar que las juntas coincidan.

Núcleo tipo acorazado con indicación de la longitud magnética media.

Figura 4.

El hecho que los núcleos sean hechos en dos trozos, hace que aparezcan juntas donde los filos del hierro no coinciden perfectamente, quedando una pequeña luz que llamaremos entrehierro. Obsérvese que en el tipo núcleo hay dos entrehierros en el recorrido de las fuerzas, y que el acorazado también, porque los dos laterales son atravesados por la mitad de líneas cada uno.

3. Clasificación de los transformadores monofásicos

Los transformadores se clasifican en: De intensidad De tensión Autotransformadores




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3.1- De intensidad

Los transformadores de intensidad se conectan con su primario intercalado en la línea, o sea, «en serie» con la misma. Dicho primario queda recorrido por la plena intensidad de la línea. Las marcas de los bornes identifican:

Los arrollamientos primario y secundario Las secciones de cada arrollamiento, cuando estén divididos en secciones Las polaridades relativas de los arrollamientos y de las secciones de los arrollamientos la toma intermedias, si existen.

Por razones de seguridad, se conecta siempre a tierra uno de los bornes de cada uno de los secundarios, por ejemplo: S1 si hay un solo secundario o bien el 1S1 y el 2S1 si hay dos secundarios. Las marcas de los bornes de los transformadores de intensidad están indicadas en la figura 5

Figura 5 Transformador de Intensidad

De Tensión Se denomina transformador a una máquina que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un círculo eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador




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ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

1. Los transformadores de tensión (figura 6) se conectan a la línea en derivación (como un transformador de potencia. Su primario está sometido a la plena tensión de la línea. Presentamos los esquemas del transformador monofásico con bornes primarios( figura 6.1) y transformador monofásico con arrollamientos del secundarios múltiples (figura 6.2)

Los TT para conexión entre fases tienen dos bornes (polos) primarios aislados. Los previstos para conexión entre fase y masa (tierra), tienen un solo borne primario aislado. El otro borne no precisa estar aislado, ya que es el que se conecta a tierra.

Figura 6 De transformador de Tensión




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4- Auto Transformador

El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones similares (figura 7) Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.

Figura 7 Del Auto transformador

5-. Cálculo de transformadores

Aprovechando la inducción variable producida por una corriente Alterna es posible mediante un transformador (Figura 8) cambiar el valor de la tensión sin una pérdida importante de energía. El transformador consiste en una laminación (la mas común es de hierro con silicio) con una forma de E para el núcleo principal y de I para cerrar el circuito magnético El espesor es de 0.5 mm y se apilan en forma entrelazada para formar el núcleo. La forma de armado mediante chapas y no macizo reduce las pérdidas por calentamientollamada pérdidas por corrientes parásitas.Si la superficie de cada chapa está aislada con barniz óxido o papel el beneficio aumenta. El primer paso para su cálculo es conocer el consumo del o los bobinados secundarios y luego con ese cálculo el consumo reflejado en el primario Tomemos E =12 voltios a I = 50 amperios W = E x I = 12 x 50 = 600 W Si las tensiones son mas se aplica el mismo método y se suman los consumos Sumemos un 20% para el valor del primario 1.2 x 600 = 720 W consumo primario La sección del núcleo se calcula S = 1,1 x ^ W = 1.1 x ^ 720 = 26.8 cm2




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Figura 8. Sección del núcleo de un transformador

5.1-Número de espiras

Es decir, la sección central del núcleo (amarillo) debe tener mínimo 26,8 cm2 Ya definimos el núcleo podemos ahora calcular las vueltas del primario y secundario

Espiras por vuelta = 22500 / F x B x S = 22500 / 50 x 9 x 26.8 = 1.86 VPV F = frecuencia (50) B = Kilogauss (9) S = Medida calculada de la rama C del transformador VPV = vueltas por voltio El cálculo anterior nos da los voltios por vuelta para el primario y secundario. Si alimentamos el trafo con 220 voltios tenemos N = 220 x 1.86 = 409 vueltas Veamos los Amper que circulan por el primario El consumo del primario es I = W/E = 720 / 220 =3.2 Amp Se toma como corriente normal 3 Amper por mm2 de sección del alambre El secundario de 12 voltios es N =12 x 1.86 = 22 vueltas sección del alambre del primario = 3.2 / 3 Amp = 1.1 mm2 Para el secundario = 50 / 3 = 17 mm2 Tenemos la sección del alambre del primario y del secundario veamos el diámetro El diámetro para el primario = 1,2 mm de diámetro Para el secundario = 4.8 mm de diámetro Con los cálculos comprobamos si entra el alambre de las dos bobinas mas el aislante entre capas El primario lleva 409 vueltas de 1,2 mm de diámetro El secundario 22 vueltas de 4.8 mm de diámetro El largo del carrete que va en la laminación es de 155 mm entran 155/1.2 = 129 vueltas




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Por capa y son necesarias 409/129 = 3,14 capas (4) Considerando que se pierdan vueltas de bobinar en cada capa tomamos 4 capas que con el aislante suman 4 * 1,2 = 3.4 mm 4 capas de aislante de 0.1 mm = 0.4 mm total 3.8 mm Entre primario y secundario se dan 3 vueltas de aislante =0.3 mm El secundario ocupa 22 vueltas por 4,8 mm de diámetro = 105 mm es decir, una capa mas de 4.8 mmmas 0.2 de dos capas de aislante =5 mm Total = 3.8 + 0.3 + 5 = 9.1 mm digamos 10 mm tenemos 45 en C luego entra Sobre el carrete de plástico se inicia el bobinado cruzando el alambre forrado en un espagueti y bobinando sobre el en sentido contrario, de esta forma el alambre inicial queda rígido Al final de cada capa de alambre se cuenta la cantidad y se bobina una tira de aislante prespan de 0.1 mm en el mismo sentido del alambre La bobina se continúa retrocediendo sobre el bobinado anterior aislado por el prespan. Se va a arroyar el papel, las vueltas van a salir separadas o superpuestas pero con un poco de práctica es fácil. Terminada la bobina se introducen las chapas E de la laminación una de derecha a izquierda y otra de izquierda a derecha Una vez finalizada la carga de las secciones E se para el transformador y se introducen las tiras I Se pueden colocar hasta 3 chapas por vez de cada lado para ahorrar tiempo Todo el conjunto se barniza con barniz de secado al aire y ya está listo.

5.2-Relación de Transformación

N=n1/n2 N=I1/I2

N=V1/V2 El bobinado principal de un transformador monofásico tiene 1000 espiral está conectada a una red de 220 el bobinado secundario tiene 50 espiral determinar la relación de transformación y la tensión en los bordes del bobinado secundario. N=N1/N2 = 1,000 ESPIRAL/ 50 ESPIRAL =20 RELACIÓN V2=V1/N =220V/20 ESPIRAL = 11 TENSIÓN Una pistola de soldar de 220 V y 0.7 amp. En el primero tiene 650 espiral y 3 espiral en el secundario ¿Cuál será el voltaje en el segundo? Y ¿Cuál será la corriente en el secundario? N=650/3=216.6 V2=220/216v=1.01v




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I2=0.7*216=151.16 AMP.

5.3-Rendimiento del transformador

Los transformadores pierden energía 1. Pérdidas en el cobre (potencia pérdida en el cobre) p=I2 R 2. Pérdidas en el hierro (potencia pérdida en el hierro) hay 2

A. Pérdida por corriente de foulcault B. Pérdida por histéresis, son derivadas del magnetismo remanente que

es el magnetismo que permanece en el circuito magnético, en el hierro después que se retira el magnetismo

pen = psal n= rendimiento =n= psal/pen pen= potencia de entrada psal=potencia de salida pp= ppcu+ pp fe Un transformador de 220 v a 24v consume una potencia de 60 watt las pérdidas en el hierro son 5 watt y en el cobre 7 watt ¿encontrar el rendimiento y la potencia de salida? PP= PP FE+ PP CU PSAL=60W PP=5W +7W PSAL =48W PP = 12W N=48/60 N=0.8%

6- Mantenimiento técnico a transformadores

6.1-Prueba de corto circuito en el transformador

El voltaje aplicado (Vc) es regulado y se varía como se indicó antes, hasta que circule la prueba de cortocircuito consiste en cerrar o poner en cortocircuito, es decir, con una conexión de resistencia despreciable, las terminales de uno de los devanados y alimentar el otro con un voltaje reducido (de un valor reducido de tensión que representa un pequeño porcentaje del voltaje del devanado por alimentar, de tal forma, que en los devanados circulen las corrientes nominales. En estas condiciones se miden las corrientes nominales y la potencia absorbida. Debido a que la tensión aplicada es pequeña en comparación con la tensión nominal, las pérdidas en vacío o en el núcleo se pueden considerar como despreciables, de manera que toda la potencia absorbida es debida a las pérdidas por efecto joule en los devanados primario y secundario. Diagrama para la prueba de cortocircuito de un transformador monofásico.

Vatímetro que indica la potencia de pérdidas por efecto de circulación de las corrientes en los devanados primario y secundario. Conexión de corto circuito entre las terminales del devanado.




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Voltaje de alimentación de valor reducido, de manera que se hagan circular las corrientes I1, I2 de valor nominal en cada devanado. Corriente de plena carga en el primario. De los valores medidos se obtiene “la impedancia total” del transformador como:

Donde:

I1 = Corriente nominal primaria. Vcc = Voltaje de cortocircuito aplicado en la

prueba. Zt = Impedancia total interna referida a devanado primario. Esta impedancia se conoce también como impedancia equivalente del transformador.

6.2- Técnicas de verificación de transformadores monofásicos

Verificar el estado de flojedad en los conductores Verificar su impedancia (de bobinas primarias y secundaria)

Aplicar código de colores

Verificación de voltaje (que su voltaje sea el adecuado a su conexión)

Que el barniz de las bobinas no sea oscuro (por recalentamiento) Depende del tipo de transformador a utilizar para los de potencia

Revisar el nivel de aceite y su calidad

Revisión de las borneras que no posea corrosión

Determinar Polaridad en un transformador si es aditiva o sustractiva Medición de la resistencia de aislamiento

Prueba de relación de transformación

Determinación del desplazamiento de fase de los grupos de bobinas

Determinación de las características del aislamiento

Prueba del aislamiento por voltaje aplicado




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Prueba para la determinación de las pérdidas en vacío y en cortocircuito

(determinación de impedancia) Prueba del aislamiento entre espiras por voltaje inducido

Medición de la corriente de vacío y la corriente de excitación.

6.3-Trabajos de Mantenimiento general de campo a los transformadores El transformador por ser una máquina sin partes móviles (estática) requiere de poco mantenimiento, sin embargo se debe realizar cierto tipo de trabajo en ellos, en su instalación o lugar de operación, esto se conoce con el nombre de Mantenimiento de campo, ya sea, del tipo preventivo o correctivo. En forma general los trabajos que se realizan son los siguientes:

1) Maniobras de desconexión y conexión 2) Preparación de equipos de prueba. 3) Desconexión y limpieza. 4) Pruebas del Fp a devanados. 5) Pruebas de resistencia de aislamiento (Megger). 6) Pruebas de corriente de excitación. 7) Prueba de Fp a boquillas. 8) Pruebas de relación de transformación. 9) Prueba de medición o determinación de impedancia. 10) Pruebas al aceite (en su caso). 11) Revisión y limpieza del gabinete de control (en su caso). 12) Eliminación de fugas. 13) Pintura. 14) Mantenimiento al intercambiador de derivaciones (Taps). 15) Pruebas de operación y control.

7 Pruebas para el mantenimiento a los transformadores Las pruebas se hacen en los transformadores y sus accesorios por distintas razones, durante su fabricación para verificar la condición de sus componentes, durante la entrega, durante su operación como parte del mantenimiento, después de su reparación etc. Algunas de las pruebas que se hacen en los trabajadores se consideran como básicas y algunas otras varían de acuerdo a la condición individual de los transformadores y pueden cambiar de acuerdo al tipo de transformador, por lo que existen distintas formas de clasificación de las pruebas de los transformadores, por ejemplo: algunos la clasifican en pruebas de alta tensión, también se pueden agrupar como pruebas preliminares, intermedias y de verificación.




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7.1- Las pruebas preliminares

Se realiza cuando un transformador se ha puesto fuera de servicio para mantenimiento programado o para revisión programada o bien ha tenido alguna falla. Las pruebas se realizan antes de abrir el transformador y tienen el propósito general de encontrar el tipo y naturaleza de la falla. Las llamadas pruebas preliminares incluyen:

1. Prueba al aceite del transformador

2. Medición de la resistencia de aislamiento de los devanados

3. Medición de la resistencia Óhmica de los devanados

4. determinación de las características del aislamiento

7.2 Las llamadas pruebas intermedias

Como su nombre lo indica se realizan durante el transcurso de una reparación o bien en las etapas intermedias de la fabricación, cuando el transformador está en proceso de armado o bien desarmado (según sea el caso) y el tiempo de pruebas depende del propósito de la reparación o la etapa de fabricación, por lo general se hacen cuando las bobinas no han sido montadas o desmontadas (según sea el caso) y son principalmente las siguientes:

1. Medición de la resistencia de aislamiento de tornillos y herrajes contra el núcleo.

2. Prueba de la resistencia de aislamiento de tornillos y herrajes por voltaje aplicado.

3. Pruebas de las boquillas por medio de voltaje aplicado. Cuando se han desmontado las bobinas durante un trabajo de reparación entonces las pruebas se incrementan.

7.3 Las pruebas finales

Se hacen sobre transformadores terminados de fabricación o armados totalmente después de una reparación e incluyen las siguientes: 1. Prueba al aceite del transformador

2. Medición de la resistencia de aislamiento

3. Prueba de relación de transformación

4. Determinación del desplazamiento de fase de los grupos de bobinas




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5. determinación de las características de aislamiento

6. Prueba del aislamiento por voltaje aplicado

7. Prueba para la determinación de las pérdidas en vació y en cortocircuito

(determinación de la impedancia)

8. Prueba del aislamiento entre espiras por voltaje inducido

9. Medición de la corriente de vació y la corriente de excitación

El orden de las pruebas no es necesariamente el mencionado anteriormente y de hecho existen normas nacionales e internacionales que recomiendan que pruebas y en que orden se deben realizar, así como cuando se debe efectuar, se describirán entre algunas de ellas las más importantes.

8-Descripción de algunas pruebas a transformadores Monofásicos

8.1-Pruebas al aceite

El aceite de los transformadores se somete por lo general a pruebas de rigidez dieléctricas, pruebas de pérdidas dieléctricas y eventualmente análisis químico. Cuando se trata de pruebas de campo, la condición del aceite se puede determinar por dos pruebas relativamente simples, una que compara el color de la muestra de aceite del transformador bajo prueba, con un conjunto o panel de colores de referencia que dan una indicación de la emulsificación que puede tener lugar. El recipiente en que se toma la muestra debe enjuagar primero con el propio aceite de la muestra y debe ser tomado de la parte inferior del transformador de la válvula de drenaje. Cuando se usa un probador de color, la muestra se debe colocar en tubo de vidrio transparente que se introduce en una parte del probador diseñada para tal fin. Se tiene un pequeño disco que gira y tiene distintos colores de referencia, cuando el color del disco es similar al de la muestra, aparece la designación numérica del color de la muestra de aceite. De hecho esta prueba sirve para verificar el grado de oxidación del aceite y debe marcar 0.5 para aceites nuevos y 5 máximo para aceites usados.

8.1.1-Prueba de rigidez dieléctrica del aceite

Esta prueba se hace en un probador especial denominado “Probador de Rigidez Dieléctrica del aceite”.Fig 9 En este caso, la muestra de aceite también se toma de la parte interior del transformador, por medio de la llamada válvula de drenaje y se vacía en un recipiente denominado “Copa Estándar” que puede ser de porcelana o de vidrio y que tiene una capacidad del orden de ½ litro. En ocasiones el aceite se toma en un recipiente de vidrio y después se vacía a la copa estándar que tiene dos electrodos que pueden ser planos o esféricos y cuyo diámetro y separación está normalizado de acuerdo al tipo de prueba. El voltaje aplicado




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entre electrodo se hace por medio de un transformador regulador integrado al propio aparato probador. Después de llenada la copa estándar se debe esperar alrededor de 20 minutos para permitir que se eliminen las burbujas de aire del aceite antes de aplicar el voltaje, el voltaje se aplica energizando el aparato por medio de un switch que previamente se ha conectado a un contacto o fuente de alimentación común y corriente. El voltaje se eleva gradualmente por medio de la perilla o manija del regulador de voltaje, la tensión o voltaje de ruptura se mide por medio de un voltímetro graduado en Kilovoltios. Existen distintos criterios de prueba, pero en general se puede afirmar que se pueden aplicar seis rupturas dieléctricas con intervalos de 10 minutos. La primera no se toma en cuenta y el promedio de las otras cinco se toma como la tensión de ruptura o rigidez dieléctrica. Normalmente la rigidez dieléctrica en los aceites aislantes se debe comprobar en la forma siguiente:

Aceites degradados y contaminados De 10 a 28 Kv.

Aceites carbonizados no degradados De 28 a 33 Kv.

Aceites nuevos sin desgasificar De 33 a 40 Kv.

Aceite nuevo desgasificado De 40 a 50 Kv.

Aceite regenerado De 50 a 60 Kv. Los valores anteriores se refieren a valores de prueba de acuerdo a los electrodos de 25,4mm de diámetro con una separación de 2,54mm la tensión de ruptura debe ser de cuando menos 25Kv en aceites usados y 35Kv en aceites nuevos. Cuando se usan electrodos de discos semiesféricos con separación de 1.016mm la tensión de ruptura mínima en aceites usados es de 20Kv y de 30Kv mínimo en aceites nuevos.

Figura 9




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8.2-Prueba de resistencia de aislamiento

Esta prueba sólo sirve para verificar la calidad del aislamiento en los transformadores, también permite verificar el grado de humedad y en ocasiones defectos severos en el aislamiento. La resistencia de aislamiento Fig 10 se mide por medio de un aparato conocido como Megger. El Megger Fig 12 consiste de una fuente de alimentación en corriente directa y un sistema de medición, la fuente es un pequeño generador que se puede accionar en forma manual o eléctricamente, el voltaje en terminales de un Megger varia de acuerdo al fabricante y así se trata de accionamiento manual o eléctrico, pero en general se puede encontrar en forma comercial Megger de 250 voltios, de 1000 voltios y 2500 voltios, la escala del instrumento esta graduada para leer resistencia de aislamiento en el rango de 0 a 10000 Megaohm.

Figura 10

La resistencia de aislamiento de un transformador se mide entre los devanados conectados todos entre si, Fig 11 contra el tanque conectado a tierra y entre cada




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devanado y el tanque, con el resto de los devanados conectados a tierra. Para un transformador de dos devanados se deben tomar las siguientes medidas:

Entre el devanado de alto voltaje y el tanque con el devanado de bajo voltaje conectado a tierra.

Entre los devanados de alto voltaje y bajo voltaje conectados entre si, con el tanque.

Estas mediciones se pueden expresar en forma sintetizada como:

Alto voltaje Vs Tanque + bajo voltaje a tierra.

Bajo voltaje Vs Tanque + alto voltaje a tierra.

Alto voltaje +bajo voltaje Vs Tanque a tierra. Cuando se trata de transformadores con tres devanados las mediciones que se deben efectuar son las siguientes:

Alto voltaje (primario)Vs Tanque con los devanados de bajo voltaje (secundario) y medio Voltaje (terciario) a tierra.

Medio voltaje (terciario) Vs Tanque con los devanados de alto voltaje y bajo voltaje a tierra.

Bajo voltaje /secundario Vs Tanque con los devanados de alto voltaje y medio voltaje a tierra.

Alto voltaje y medio voltaje juntos Vs Tanque con el devanado de bajo voltaje a tierra.

Alto voltaje+ medio voltaje+bajo voltaje Vs Tanque.

Figura 11




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Figura 12 Para determinar el valor mínimo a aceptar de resistencia de aislamiento consiste en multiplicar los KV de fase por 25 para saber el valor mínimo de 20 0C o bien se puede aceptar 1000 MEGOHMS a 20 0C para voltajes superiores a 69 KV aplicados durante un minuto la otra regla establece que el valor mínimo de resistencia de aislamiento debe ser de 1 MEGOHOMS por cada 1000 voltios de prueba.

8.3- Medición de la resistencia de los devanados

Esta prueba se hace para medir la resistencia de cada devanado y de esta manera verificar el cálculo de las pérdidas por efecto JOULE, así como la componente caída de voltaje por resistencia y la elevación de temperatura bajo carga, otro aspecto que revela esta prueba es la verificación de que las conexiones internas están hechas correctamente. Para efectuar estas mediciones, se hace uso de una fuente de corriente directa con voltímetros y amperímetros de rangos apropiados, durante la prueba de debe tomar la medición de la temperatura por medio de termómetros o termopares, como medida de precaución para evitar riesgos por voltajes inducidos, se debe poner en corto circuito el devanado al que no se efectúa la medición.




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La resistencia de cada devanado se obtiene por simple aplicación de la Ley de OHM (R=E/I), es decir, dividiendo el voltaje aplicado entre la corriente que circula. Las mediciones obtenidas para todas las fases y pasos de control adoptados no deben diferir entre si mas del 2%, se debe tomar en consideración las correcciones por temperatura.

8.4-Prueba de polaridad

Estas pruebas se realizan para determinar (cuando es necesario) como se encuentran devanadas unas con respecto a otras las bobinas de un transformador de modo que la “dirección” del voltaje secundario se puede conocer cuando se conecten en paralelo los transformadores o bien formando bancos polifásicos, en general las terminales se marcan del lado de alto voltaje como H1, H2, H3 leyendo del lado derecho hacia el izquierdo, en el lado de bajo voltaje con letras X1, X2 etc. Leyendo del lado izquierdo hacia el derecho para polaridad sustractiva y de derecha a izquierda para polaridad aditiva. Para determinar cuando un transformador posee polaridad aditiva o sustractiva, se conecta al devanado de alto voltaje una fuente de corriente alterna Eg y entre los devanados adyacentes de alto voltaje y bajo voltaje se conecta un puente P, se conecta a un voltímetro Ex entre las otras dos terminales adyacentes y otro voltímetro Ep se conecta a través del devanado de alta tensión. Figura 13 Si la lectura de Ex da un valor inferior a Ep se dice que la polaridad es sustractiva y las terminales H1 y X1 están adyacentes. Si la lectura de Ex da un valor superior a la del voltímetro Ep se dice que la polaridad es aditiva lo que significa que las terminales H1 y X1 se encuentran opuestas diagonalmente. Figura 13




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Figura 13 Con esta prueba de polaridad, el puente P Figura 14 conecta efectivamente al voltaje secundario es en serie con el voltaje primario Ep, en consecuencia Es o se suma o se resta a Ep, en otras palabras:

Ex= Ep+ Es para polaridad aditiva

Ex= Ep - Es para polaridad sustractiva




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Figura 14




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8.5-- Prueba de relación de transformación

La relación de transformación de un transformador (Figura15) es la relación de voltajes del devanado de alto voltaje al devanado de bajo voltaje para transformadores de dos devanados. Cuando hay más de dos devanados, existen varias relaciones de transformación, todas medidas con respecto al devanado de alto voltaje, los distintos voltajes que tiene un transformador se indican normalmente en la placa característica del transformador. Se puede emplear en general dos métodos para determinar la relación de transformación. Usando voltímetros conectados a los devanados de alto voltaje y bajo voltaje, por este procedimiento se fija un valor de voltaje en el devanado de alto voltaje del transformador, tomando la lectura correspondiente a ese voltaje en el devanado secundario. Para compensar errores es conveniente intercambiar los voltímetros, el procedimiento se repite para varios valores de voltaje, para transformadores trifásicos se usa una fuente de alimentación trifásica y se admite una tolerancia de +1%.

Figura 15




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9. Redes trifásicas

Desde hace tiempo, los instaladores industriales conocen los beneficios de los sistemas trifásicos: más que ningún otro tipo existente, es adecuado para la generación, para el transporte y para aplicaciones prácticas de energía eléctrica. Los Sistemas Trifásicos AC se utilizan para transportar energía eléctrica, de elevadas corrientes y usando un diseño muy sencillo que resulta robusto y muy eficiente para motores eléctricos. Los mas comunes de los sistemas de conexión trifásicos son las conexiones: Estrella (Y)(figura 16) y Triangulo ( ) (figura 17). En la conexión en Estrella, las tres fases del sistema trifásico están interconectadas en el centro de la estrella, la cual esta también conectada al neutro. Este diseño permite disponer de dos niveles de tensión diferentes: En España, la tensión entre una de las tres fases y el conductor de neutro es normalmente 230V (RMS); La tensión entre dos fases es 3 veces esta tensión, es decir 400V. En conexiones en triangulo, las tres fases están conectadas en serie. La tensión entre cualquier punto u1, v1, y w1 es de 400V. En esta conexión el Neutro no es necesario. Por tanto la conexión seria:

Fig. 16 Fig. 17

10. Clasificación Haremos una clasificación de los diferentes tipos de máquinas que existen dentro de ellas tenemos: Transformadores de medidas Transformadores especiales

Transformadores de potencia Transformadores de pequeña potencia Auto transformadores trifásicos

10.1 Conexiones

Conexión estrella-estrella

Las corrientes en los devanados en estrella son iguales a las corrientes en la línea (figura 18). Si las tensiones entre línea y neutro están equilibradas y son sinuosidades, el valor eficaz de las tensiones respecto al neutro es igual al producto de 1/"3 por el valor eficaz de las tensiones entre línea y línea y existe un




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desfase de 30º entre las tensiones de línea a línea y de línea a neutro más próxima..Las tensiones entre línea y línea de los primarios y secundarios correspondientes en un banco estrella-estrella, están casi en concordancia de fase (figura 18).

Por tanto, la conexión en estrella será particularmente adecuada para devanados de alta tensión, en los que el aislamiento es el problema principal, ya que para una tensión de línea determinada las tensiones de fase de la estrella sólo serían iguales al producto 1/ "3 por las tensiones en el triángulo.

Figura18 conexiones estrella-estrella

Conexión delta -delta

Se utiliza esta conexión cuando se desean mínimas interferencias en el sistema. Además, si se tiene cargas desequilibradas, se compensa dicho equilibrio, ya que las corrientes de la carga se distribuyen uniformemente en cada uno de los devanados. La conexión delta-delta de transformadores monofásicos se usa generalmente en sistemas cuyos voltajes no son muy elevados especialmente en aquellos en que se debe mantener la continuidad de unos sistemas. Esta conexión se emplea tanto para elevar la tensión como para reducirla. En caso de falla o reparación de la conexión delta-delta se puede convertir en una conexión delta abierta-delta abierta (figura 19)

Figura 19conexión Delta -Delta

Conexión estrella-delta

La conexión estrella-delta es contraria a la conexión delta-estrella; por ejemplo en sistema de potencia, la conexión delta-estrella se emplea para elevar voltajes y la




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conexión estrella-delta para reducirlos. En ambos casos, los devanados conectados en estrella se conectan al circuito de más alto voltaje, fundamentalmente por razones de aislamiento. En sistemas de distribución esta conexión es poco usual, salvo en algunas ocasiones para distribución a tres hilos. Se utiliza en los sistemas de transmisión de alto voltaje, el lado de voltaje se conecta en estrella y el lado de bajo voltaje en delta (figura 20)

Figura. 20 conexiones Estrella -Delta

Conexión delta-estrella

La conexión delta-estrella, de las más empleadas, se utiliza en los sistemas de potencia para elevar voltajes de generación o de transmisión, en los sistemas de distribución (a 4 hilos) para alimentación de fuerza y alumbrado (figura 21)

Figura 21conexión Delta-Estrella




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10.2 Calculo de magnitudes eléctricas

Para realizar cálculo de magnitudes eléctricas en conexiones trifásicas se realizan utilizando la siguiente formula:

Conexión Estrella

Conexión Delta




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Unidad IV: Motores asincrónicos de AC de uso industrial.

1. Motores Monofasicos

1.1-Introducción

Los motores eléctricos son máquinas eléctricas rotatorias que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Un motor monofásico es un motor de inducción con dos bobinados de estator, uno principal y otro auxiliar o de arranque. Ambos bobinados se conectan en paralelo y la tensión de red se aplica a ambos, separados por un espacio de 90 grados eléctricos a lo largo del estator. Estos fueron los primeros motores en ser usados en la industria y en la actualidad aun perduran. Se utiliza en equipos que no necesitan arranques muy altos; como ventiladores, secadores de pelo y bombas centrifugas entre otros. Los motores pueden ser de jaula de ardilla, o de rotor bobinado, los primeros en general se prefieren porrazones de simplicidad, solidez y costo. Sin embargo los motores de rotor bobinado poseen característicasdiferentes a las de un motor de rotor en jaula de ardilla que los hacen más eficientes en determinadascondiciones de trabajo. Por lo tanto, para la selección de un motor adecuado es necesario contar con lamayor cantidad de información sobre diferentes tipos de motores y sus características de funcionamiento y asípoder llevar a cabo la selección de un motor que cubra las necesidades requeridas. Prácticamente todas las realizaciones de este tipo de motores son con el rotor en jaula de ardilla. Suelen tener potencias menores de 1KW, aunque hay notables excepciones como los motores de los aires acondicionados con potencias superiores a 10KW.

1.2-Principio de operación.

Para aplicaciones de muy baja potencia (de hasta 1CV), normalmente domésticas o de oficina, se usan este tipo de motores de inducción, con rotor jaula de ardilla. En ellos, el estator se alimenta con una única tensión, por lo que no es posible generar un campo magnético giratorio; consiguiéndose tan sólo, un campo pulsante.




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En la figura 1 adjunta se ilustra cómo quedaría el circuito magnético de uno de estos motores. El flujo magnético creado por la bobina del estator se cierra por el rotor (normalmente de jaula de ardilla) y los dos entrehierros. Encontrándonos ante un simple –y mal– transformador con el secundario en cortocircuito.

Circuito magnético de un motor

Fig. 1 El flujo que atraviesa el circuito magnético será senoidal, al serlo también la tensión de alimentación que lo produce. En una bobina situada en el rotor, el flujo que logre atravesar los entrehierros inducirá tensiones en la forma:

Y estas tensiones, al estar las bobinas del rotor cortocircuitadas, producirán corrientes que, asu vez, harán que el material magnético del rotor incremente el campo magnético propio ycolabore al fortalecimiento del flujo conjunto del sistema (flujo común). El motor de inducción monofásico tiene un grave inconveniente, que es:

no escapaz de arrancar por sí sólo. Efectivamente, el campo que el inductor creará en el entrehierro seráun campo pulsante, pero no giratorio. Y si en un primer momento consideramos que el rotores simplemente una masa de hierro o acero, el campo magnético oscilatorio, lo más que va aconseguir será hacerlo temblar dado que el campo al que está sometido cambia de sentido 60veces por segundo (en caso de alimentar a 60Hz), pero no lo moverá, dado que el campoproducido por el bobinado del estator está siempre en la misma posición. Si el rotor tiene conductores alojados en su periferia, y éstos están cortocircuitados enforma de jaula de ardilla, la situación no cambia demasiado respecto a la anterior. Bien escierto, que en esos conductores se inducirán tensiones debidas a que el flujo magnético quecortan es variable. Esas tensiones darán origen a sendas corrientes. Las corrientes creadasmagnetizarán el rotor; cada una según la




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posición que ocupe; y el campo magnético total queaparecerá como consecuencia de la alimentación del estator, será la suma de todos los camposcreados por cada una de las bobinas del rotor. Pero seguirá sin haber movimiento. Si en ese rotor incapaz de moverse, mediante algún medio externo se pone enmovimiento, entonces la cosa cambia. Al moverse la bobina, la posición que ocupa está cambiando con el tiempo. De esta manera los sistemas ideados para el arranque de los motores asíncronos monofásicos se basan por tanto en provocar un desequilibrio entre los pares antagonistas que generan ambos campos magnéticos. Las principales realizaciones se basan en cambiar, al menos durante el arranque, el motor monofásico por un bifásico (que "arranca sólo"). Un motor bifásico tiene dos devanados en el estator, desplazados π/(2·P).

1.3-Partes principales de un motor monofásico. La mayoría de los motores monofásicos consta de las siguientes partes: Fig 2

Es estator es el componente estático de una máquina eléctrica, también llamado inductor.

El rotor es la parte móvil y ese movimiento es originado por el campo inducido (así también se lo llama "inducido").

Tapas, Son los elementos que van a sostener en la gran mayoría de los casos a rodamientos que soportan la acción del rotor.

Bornes de conexión es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardándolos de la operación mecánica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera dañarlos.

El eje es una extensión externa de la armadura que pasa a través de la cubierta y coraza del motor.

Ventilador es utilizado para enfriar el motor y evitar recalentamiento.




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Partes principales de un motor monofásico

Fig. 2

2.Motores Trifásicos de AC.

En los generadores y motores para corriente trifásica se originan campos rotativos. Si el rotor tiene la misma velocidad de giro que el campo rotativo del estator, se dice que la máquina eléctrica rotativa trifásica (generador o motor) es síncrona. Si, por el contrario, el rotor tiene una velocidad de giro mayor o menor que dicho campo rotativo, la máquina eléctrica rotativa se llama asíncrona. Por tanto, las máquinas eléctricas rotativas ya sea motor o generador se dividen en dos grandes grupos que son: las máquinas síncronas y las máquinas

2.1 Introducción

El motor eléctrico es una máquina que posee la capacidad de transformar la energía eléctrica en energía mecánica y lo inverso sucede con los generadores, alternadores o dinamos. Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce los ampervueltas necesarios para crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina. Alternadores, motores. Las máquinas rotativas poseen una parte fija llamada estator y una parte móvil llamada rotor. Normalmente el rotor gira en el interior del estator debido, entre otras cosas, al espacio de aire existente entre ambos se denomina entrehierro.




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Existen dos tipos de motores eléctricos a corriente alterna:

Motor Síncrono

El Motor Asíncrono o de Inducción

2.2 Definición

Los motores asíncronos y los motores síncronos, difieren unos de los otros prácticamente, por la velocidad de sincronismo (n). La velocidad síncrona depende únicamente de la frecuencia de alimentación f y del número de pares de polos, p, con los que está constituida la máquina mediante la siguiente expresión:

Donde: n = velocidad sincrónica f 60= frecuencia en Hz p = número de pares de polos Una de las características de los motores asíncronos o de inducción es que la velocidad de éstos es inferior a la velocidad de sincronismo, esto es debido a que el flujo creado por el estator es más rápido que el movimiento ejercido por el rotor, por lo que este tendrá un movimiento casi constante. Pueden mencionarse dos tipos principales de motores de inducción que son: el motor trifásico con rotor en jaula de ardilla y el motor trifásico con rotor bobinado con anillos rozantes, allí se deriva toda la gama de motores de CA conocidos. Los parámetros más importantes de cualquier motor trifásico son:

Potencia: en Watts o en HP Factor de servicio: es la relación entre la potencia máxima verdadera de la máquina, y su potencia nominal o dicho de otra forma, indica cuanta carga en forma temporal, puede tomar un motor (al operar un motor con una capacidad superior a la de la placa, la temperatura tiende a elevarse tanto como en relación a la potencia)

2.3Clasificación de los motores trifásicos

Podemos clasificarlos de varias maneras, por su velocidad de giro, por el tipo de rotor y por el número de fases de alimentación. Vamos a ello:

Por su velocidad de giro.

Asíncronos. Un motor se considera asíncrono cuando la velocidad del campo magnético generado por el estator supera a la velocidad de giro del rotor.




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Síncronos. Un motor se considera síncrono cuando la velocidad del campo magnético del estator es igual a la velocidad de giro del rotor. Donde el rotor es la parte móvil del motor. Dentro de los motores síncronos, nos encontramos con una subclasificación:

- Motores síncronos trifásicos. - Motores asíncronos sincronizados. - Motores con un rotor de imán permanente.

Por el tipo de rotor. - Motores de anillos rozantes. - Motores con colector. - Motores de jaula de ardilla.

Por su número de fases de alimentación.

- Motores monofásicos. - Motores bifásicos. - Motores trifásicos. - Motores con arranque auxiliar bobinado. - Motores con arranque auxiliar bobinado y con condensador.

2.3.1Asincrónico

Si se realizara a nivel industrial una encuesta de consumo de la energía eléctrica utilizada en alimentar motores, se vería que casi la totalidad del consumo estaría dedicado a los motores asincrónicos.

Estos motores tienen la peculiaridad de que no precisan de un campo magnético alimentado con corriente continua como en los casos del motor de corriente directa o del motor sincrónico.

Una fuente de corriente alterna (trifásica, bifásica o monofásica) alimenta a un estator. La corriente en las bobinas del estator induce corriente alterna en el circuito eléctrico del rotor (de manera algo similar a un transformador) y el rotor es obligado a girar.

De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores asincrónicos se clasifican en:

Motor Asincrónico de Rotor Bobinado Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

Rotor tipo jaula de ardilla

El rotor jaula de ardilla se clasifica en dos tipos, rotor jaula de ardilla simple y rotor jaula de ardilla doble.




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El rotor jaula de ardilla simple, Fig. 3 Es el usado para motores pequeños, en cuyo arranque la intensidad nominal supera de 6 a 8 veces a la intensidad nominal del motor. No soporta los picos de cargas. Esta siendo sustituido por los rotores de jaula de ardilla doble en motores de potencia media. Su par de arranque no supera el 140% del normal.

Rotor jaula de ardilla simple

Fig. 3 El rotor jaula de ardilla doble, Fig. 4 Este tipo de rotor la ranura es doble, por este motivo tiene el nombre de jaula de ardilla doble. Las dos ranuras estan separadas físicamente, aunque en el dibujo no se observe, posee una intensidad de arranque de 3 a 5 veces la intensidad nominal y su par de arranque puede ser de 230% la normal. Estas características hacen que este tipo de rotor sea muy interesante frente al rotor de jaula de ardilla simple. Es más empleado en la actualidad, soporta bien las sobrecargas sin necesidad de disminuir la velocidad, lo cual le otorga mejor estabilidad

El rotor jaula de ardilla doble

Fig. 4

Rotor bobinado y anillos rozantes

El rotor de anillos rozantes, Fig. 5. se denomina rotor de anillos rozantes porque cada extremo del bobinado está conectado con un anillo situado en el eje del rotor. Las fases del bobinado salen al exterior por medio de unas escobillas que rozan en los anillos. Conectando unas resistencias externas a las escobillas se consigue aumentar la resistencia retórica, de esta forma, se logra variar el par de arranque,




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que puede ser, dependiendo de dichas resistencias externas, del 150% y el 250% del par nominal. La intensidad nominal no supera las 2 veces la intensidad nominal del motor.

El rotor de anillos rozantes

Fig. 5

2.3.2Sincrónico

Se denomina motor síncrono a un tipo de motores eléctricos de corriente alterna. Si un rotor girando, está magnetizado de manera permanente en dirección transversal y se encuentra dentro del estator, será arrastrado por atracción magnética a la velocidad a la que está girando el campo. Esta velocidad se llama velocidad síncrona, o velocidad de sincronismo, y el resultado de la disposición descrita es un motor síncrono. Su velocidad está exactamente sincronizada con la frecuencia de línea. Pequeños motores síncronos se encuentran en relojes eléctricos para asegurar una medición de tiempo precisa, pero también se utilizan en la industria. En grandes motores síncronos industriales el rotor es un electroimán y está excitado por la corriente directa. Una característica del motor síncrono es que si el rotor es "sobreexcitado", esto es, si el campo magnético es superior a un cierto valor, el motor se comporta como un capacitor a través de la línea de poder. Esto puede ser útil para la corrección del factor de potencia en plantas industriales que usan muchos motores de inducción. De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores sincrónicos se clasifican en:

Rotor de excitación con imán permanente.

Rotor de excitación independiente.

Rotor de excitación con imán permanente

Sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes,y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator.Fig 6 Así, las bobinasson parte




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del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (oexcitación de las bobinas) debe ser externamente manejada por un controlador. Son usados en robótica. Esto puede ser útil para la corrección del factor de potenciaen plantas industriales que usan muchos motores de inducción.

Rotor de excitación con imán permanente Fig. 6

Rotor de excitación independiente

Este tipo de rotor no está conectado a la red eléctrica y el estator consta de tres bobinas físicamente independientes. Su conexión se realiza en una placa de bornes. Fig. 7 Las bobinas del rotor no estan conectadas a red, se genera una f.e.m como consecuencia del campo magnético giratorio.

Rotor de excitación independiente

Fig. 7

2.4Motor asincrónico de inducción con rotor en jaula de ardilla.

Definición

Finalmente aquí llegamos al motor eléctrico por excelencia. Es el motor relativamente más barato, eficiente, compacto y de fácil construcción y mantenimiento.




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Siempre que sea necesario utilizar un motor eléctrico, se debe procurar seleccionar un motor asincrónico tipo jaula de ardilla y si es trifásico mejor. En la aplicación industrial las máquinas de inducción con rotor devanado no es muy frecuente, debido a que es posible una solución mucho más económica y práctica. El campo producido por las bobinas del estator produce fuerza electromotriz sobre cualquier conductor localizado en el rotor. En lugar de construir un bobinado similar al del estator, se pueden colocar barras conductoras en la periferia del rotor. Sobre estas barras, paralelas al eje de la máquina, se inducen fuerzas electromotrices por el campo magnético rotatorio producido en el estator. Si estas barras están cortocircuitadas en sus extremos mediante dos anillos conductores, circula corriente por las barras y se genera un campo magnético rotatorio en el rotor. La interacción entre los dos campos magnéticos rotatorios produce el par eléctrico.

El rotor de jaula de ardilla es muy simple desde el punto de vista constructivo, además es capaz de soportar esfuerzos eléctricos y mecánicos mucho mayores que el rotor devanado. En este rotor no es posible incluir resistencia adicional en serie con los conductores. Sin embargo, durante la construcción del rotor se puede variar el valor de la resistencia controlando el espesor de los anillos que cortocircuitan las barras.

La armadura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor síncrono. El elemento rotatorio consiste en un núcleo, en el que se incluye una serie de conductores que se parecen en su forma a las jaulas cilíndricas que se usaban para las ardillas.

Partes principales

Estator: Representa una de las partes del circuito magnético del motor, esta formado por paquetes de láminas de acero al silicio troquelados en forma de ranuras, con el objetivo de que el bobinado del estator pueda alojarse en dichas ranuras, las cuales varían en dependencia del tamaño o tipo del motor. Rotor : Estos pueden ser de dos tipos a. Rotor jaula de ardilla, fig.8. Está constituido por barras que se vacían sobre el rotor destinado para este fin. Por lo general las barras son de aluminio y al fundirse en el rotor, debido a la forma que se les da, quedan unidas entre sí en cortocircuito en la forma de una jaula de ardilla.




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Rotor jaula de ardilla

Fig. 8 b. Rotor devanado, Fig.9. Se le llama así porque su bobina esta devanada en las ranuras. Está formado por paquetes de láminas troqueladas, montadas sobre la flecha o eje. Las bobinas se devanan sobre las ranuras y su arreglo depende del número de polos y de fases. La flecha es el elemento que proporciona la energía mecánica a la carga

Rotor devanado,

Fig.9. Carcaza o soporte: La carcaza recibe también el nombre de soporte por ser el elemento que contiene el estator y los elementos auxiliares del motor.

Auxiliares:Fig10 Los auxiliares del motor de inducción son elementos necesarios

para el funcionamiento de éste y son: Tapas anterior y posterior, Chumaceras, Tornillos de sujeción, Caja de conexiones, base o soporte.




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Partes Principales y auxiliares

Fig. 10

Principio de Funcionamiento

Al aplicar una tensión en las terminales del estator se produce una fuerza magnetomotriz uniforme y giratoria. Si suponemos, que el rotor es tipo jaula de ardilla fig. 11, en cada barra se induce una fuerza magnetomotriz de sentido opuesto, ésta hace circular una corriente y se produce un par que hace girar el rotor.

Fig. 11

Se alimenta con corriente alterna en el estator, de esta forma se produce el campo magnético rotatorio. Este campo posee una amplitud constante en el tiempo, pero




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varía en el espacio. La velocidad de giro del campo magnético rotatorio está definida por la frecuencia de las corrientes inyectadas en el estator de la máquina. 3 Cuadros de diagnóstico y corrección de fallas o averías

Síntoma Posibles causas Posibles soluciones

El motor no arranca

Causado usualmente por problemas en la línea, por ejemplo el funcionamiento con una sola fase en el arrancador.

Revise la fuente de alimentación: protectores de sobrecarga, fusibles, controles, etc.

Zumbido excesivo

Alto voltaje. Revise las conexiones de la línea de entrada.

Entrehierro excéntrico (descentrado).

Haga reparar el motor en el centro de servicio recomendado por el fabricante

Recalentamiento del motor

Sobrecarga. Compare el Amperaje medido con su valor nominal de placa.

Localice y quite lo que produce la fricción excesiva en el motor o la carga. Reduzca la carga o reemplace el motor por uno de mayor capacidad.

Funcionamiento con una sola fase.

Revise la corriente en todas las fases (deberá ser aprox. igual) para aislar y corregir el problema.

Ventilación inadecuada.

Revise el ventilador externo para asegurarse que el aire se mueve bien entre las aletas de enfriamiento. Acumulación excesiva de suciedad en el motor. Limpie el motor.

Voltaje desequilibrado. Revise el voltaje en todas las fases (deberá ser aprox. igual) para aislar y corregir el problema.

El rotor roza el estator. Apriete los “pernos pasantes”.

Sobrevoltaje o bajo voltaje.

Revise el voltaje de entrada en cada fase al motor.

El devanado del estator está abierto.

Revise si la resistencia del estator en las tres fases está equilibrada.

Devanado puesto a tierra.

Efectúe una prueba dieléctrica y haga las reparaciones necesarias.




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Conexiones incorrectas.

Revise todas las conexiones eléctricas para determinar si la terminación, la resistencia mecánica y la continuidad eléctrica son adecuadas. Consulte el diagrama de conexión de cables del motor.

Síntoma Posibles causas Posibles soluciones

Recalentamiento del cojinete

Mal alineamiento. Revise y alinee el motor y los equipos accionados por el mismo.

Excesiva tensión de correa.

Reduzca la tensión de correa a su punto apropiado para la carga.

Excesivo empuje terminal.

Reduzca el empuje terminal de la máquina accionada.

Exceso de grasa en el cojinete.

Saque grasa hasta que la cavidad esté unos 3/4 llena.

Insuficiente grasa en el cojinete.

Añada grasa hasta que la cavidad esté unos 3/4 llena.

Suciedad en el cojinete.

Limpie el cojinete y la cavidad del cojinete. Rellene con el tipo de grasa correcto hasta que la cavidad esté aproximadamente 3/4 llena.

Vibración

Mal alineamiento. Revise y alinee el motor y los equipos accionados por el mismo.

Roce entre las piezas rotativas y las piezas fijas

Aísle y elimine la causa del rozamiento.

El rotor está desequilibrado.

Mande a revisar el equilibro del rotor y hágalo reparar en el Centro de Servicio recomendado por el fabricante.

Resonancia. Sintonice el sistema o solicite asistencia al Centro de Servicio recomendado por el fabricante.

Ruido

Materias extrañas en el entrehierro o las aberturas de ventilación.

Extraiga el rotor y quite las materias extrañas. Vuelva a instalar el rotor. Revise la integridad del aislamiento. Limpie las aberturas de ventilación.

Ruido retumbante o

gimoteante

El cojinete está en malas condiciones.

Reemplace el cojinete. Quite toda la grasa de la cavidad y coloque el nuevo cojinete. Rellene con grasa del tipo correcto hasta que la cavidad esté aproximadamente 3/4




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llena.

Normas y pasos para desmontar un motor 1ɸ y 3 ɸ

Mantenimiento 1. Desconectar la alimentación (fuente).

2. Verificar la ausencia de voltaje.

3. Señalizar el breaker de alimentación, en el panel de distribución.

4. Utilizar las herramientas adecuadas.

Pasos para desarmar y mantenimiento de motores 1 ɸ y 3 ɸ 1. Observar y verificar su estado físico

Los escudos (tapadera). Ver si no tiene juego.

Eje si gira libre

2. Verificar si las tapas están marcadas (si no están marcadas, hay que

marcarlas)(Un punto en la carcasa y uno en la tapadera, por el otro extremo dos

puntos tanto carcasa como tapadera).

3. Extraer tapa de protección del ventilador.

4. Extraer el ventilador.

5. Extraer polea.

6. Desmontar los escudos (tapas)

7. Extraer el rotor.

8. Colocar las piezas en orden.

9. Limpiar las piezas.

10. Engrasar o cambiar las balineras.

Rearme del motor. 11. Introducir el rotor.

12. Montar los escudos.

13. Hacer girar el rotor (que gire libre).

14. Montar el ventolin.

15. Fijar el protector del ventolin.

Comprobación eléctrica y detección de averías. 1. Localización de contacto a masa (carcasa).

2. Localización cortocircuito (entre espiras, entre fases).

3. Localización conductores cortados.




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Localización de contacto a masa. Puede presentarse en estatores de cualquier máquina de CA esta situación puede tornase peligrosa, en cuanto a electrocución se refiere y de generar con el tiempoun cortocircuito y la siguiente destrucción de los devanados, que según la normativa actual debe ser como mínimo por cada voltio 100Ω el cual debe ser detectado por el megger (aparato para medir aislamiento por medio de un voltaje aplicado de CC): Para detectar con el megger el contacto a masa medimos entre cada uno de la fase y la carcasa del motor. Localización de cortocircuito Se pueden producir siempre que fallen los aislamientos por sobrecarga o debido al empleo de materiales de aislamientos de baja calidad, falla debido a las vibraciones del motor y a la degradación de las mismas. Los cortocircuitos pueden darse en dos partes diferentes entre espiras y entre fases: Cortocircuitos entre fases: En caso de cortocircuito directos lo normal es que los fusibles o relé de protección se disparen el motor se desconecta y la avería no pasa a mayor consecuencia, cuando el cortocircuito sea entre bobinas de distintas fases y este no es directo, el motor puede llegar a arrancar y calentarse exageradamente y quemarse sin que sus protecciones los desconecten. Para poder detectar esta avería es necesario con el megger meegiar entre fases cada uno de las bobinas del motor. Otra Manera de detectarlo es aplicar voltaje al motor midiendo el amperaje no tiene que exceder de lo indicado en la placa de características. Cortocircuito entre espira y una misma fase: En estos casos el cortocircuito puede darse entre espiras de una misma fase puede darse el caso que el motor no llegue a arrancar y si el cortocircuito se diera con el motor en marcha este aumentara su To y también la I de la fase defectuosa. En este caso pude suceder que el relé de sobrecarga no llegue a desconectarse por lo tanto llegara a quemarse la bobina del motor. Localización de conductores cortados: Esta prueba se realiza midiendo con el óhmetro o con una lámpara de prueba la continuidad entre los devanados. Estas anomalías se presentan tanto en el estator como en el rotor, se manifiesta con arranque dificultoso, el motor no logra alcanzar su velocidad o incluso no arrancar. Primeramente debemos observar los conductores que van a la placa de bornes ya que con frecuencia o bien debido a las vibraciones, al envejecimiento del aislamientos o el de la soldadura de los terminales se sueltan y cortan en la propia placa de bornes (en el caso de los motores 1ɸ pueden darse causa de




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interrupciones en el devanado de régimen o de arranque así como también por averías del interruptor centrifugo o el condensador. Forma para investigar estas averías 1. Conectar el motor a la red y comprobar si no emite algún Zumbido.

2. El siguiente es girar el rotor con la mano o enrollando una cuerda en el eje y

hacerlo girar, conectando directamente e inmediatamente a la red, si continua

girando en señal de avería en el devanado de arranque.

3. Se puede localizar una interrupción en el devanado de régimen o arranque

separando la conexión y midiendo la continuidad con el multímetro, lámpara de

prueba, en los devanados o en el interruptor centrifugo.

Determinación de polaridad de bobinas. Esta prueba solo puede realizarse en motores trifásicos, no pudiendo realizarse en los 1 debido al sistema de arranque que utilizan. Si alguna conexión entre grupos de bobinas no se correcta correctamente o bien se ha equivocado algunas entradas (u, v, w) con salidas (x, y, z). El campo magnético no será completamente giratorio y en consecuencia la maquina no pueda arrancar o lo hará con dificultad. La localización de las bobinas o grupos de bobinas conectada incorrectamente, podría hacerse por medio de la brújula en los motores de mediano y gran potencia empujar hacerlo con una tensión inferior a la nominal de la máquina. En los motores que no son de gran tamaño existen procedimientos mucho más fáciles y rápidos aplicables a los estatores de máquinas de CA. Consiste en aplicarle CA al estator desmontado introduciéndole previamente una bola de acero en su interior (balín) si al conexiones están realizadas correctamente el balín rodara en el interior del estator perfectamente arrastrada por el campo magnético giratorio, si existe una conexión equivocada el balín permanecerá en reposo y oscilaría debido a la deformación del campo magnético.




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UNIDAD V: PREVENCIÓN DE ACCIDENTES ELÉCTRICOS

1-INTRODUCCIÓN

Hoy en día es difícil imaginar alguna de nuestras actividades, ya sean industriales o domésticas, sin la intervención directa o indirecta de la energía eléctrica. Con la electricidad obtenemos progreso y bienestar, pero también riesgo para las personas y para sus bienes si se carece de los conocimientos o precaución de los medios necesarios para su correcta utilización, puede generar accidentes. Se entiende por riesgo eléctrico o riesgo de electrocución, la posibilidad de que circule una corriente eléctrica por el cuerpo humano.

Los factores indispensables para que circule la corriente eléctrica son:

Que exista un circuito eléctrico formado por conductores. Que el circuito esté o pueda cerrarse Que en el circuito halla voltaje.

Otro factor de riesgo son los sobrecalentamientos, por lo que es necesario calcular adecuadamente las secciones de los conductores. Finalmente, no debemos olvidar que el agua y la electricidad son incompatibles. Nunca se debe de trabajar con aparatos eléctricos ni manipular instalaciones eléctricas con las manos mojadas o en habitaciones, recintos o locales húmedos. Los accidentes eléctricos Las causas de los accidentes eléctricos se pueden producir por cualquiera de las siguientes causas: a. Contactos eléctricos directos: es el contacto con partes activas de

materiales y equipos que normalmente tienen tensión: cables, enchufes, cajas de empalmes, etc.

b. Contactos eléctricos indirectos: es el contacto de una persona con elementos que accidentalmente tienen tensión, pero que normalmente no la tienen: carcasa de una máquina.

c. Como consecuencia de una tensión de defecto: que se manifiesta como causa de un defecto de aislamiento entre dos masas, una masa y un elemento conductor, o entre una masa y tierra. De ella se genera la denominada intensidad de defecto.

d. Como consecuencia de una tensión de contacto, que es la que se aplica directamente al cuerpo; de ella se genera la intensidad de contacto. Los accidentes eléctricos de baja tensión se generan en cualquier actividad de la industria o taller en la que se encuentre maquinaria eléctrica. los accidentes eléctricos de alta tensión son los productos por contactos de objetos metálicos con líneas áreas de alta tensión, por ejemplo una grúa, con un camión volquete, con una pértiga.




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2- Factores que Condicionan los Efectos de la Corriente Eléctrica Los factores que condicionan los efectos de la corriente en el cuerpo humano son:

El valor de la intensidad de corriente Duración del tiempo de contacto El camino que sigue en el cuerpo humano

3- Efectos De Corriente Eléctrica Sobre El Cuerpo Humano

Los tres factores principales que afectan la severidad del choque eléctrico que recibe una persona cuando se convierte en parte de un circuito eléctrico son:

La cantidad de corriente que fluye a través del cuerpo (medida en amperios).

Trayectoria de la corriente a través del cuerpo. Cuanto tiempo esté el cuerpo como parte del circuito.

Otros factores que pueden afectar la severidad del choque eléctrico son:

El voltaje de la corriente La presencia de humedad en el ambiente La fase del ciclo cardíaco cuando ocurre el choque El estado de salud de la persona antes del choque

Las consecuencias pueden variar desde un pequeño hormigueo hasta quemaduras graves y paro cardíaco inmediato. Aunque se desconoce cuales resultan a un amperaje determinado, la tabla a continuación demuestra esta relación para un choque eléctrico que demora un segundo, es de un ciclo de 60 hercios (Hz) y viaja desde la, mano hasta el pie: Es necesario señalar la diferencia entre los efectos de la corriente eléctrica de baja frecuencia y de alta frecuenta. Los efectos del paso de la corriente eléctrica de alta frecuencia por el cuerpo humano no son tan importantes como los de baja frecuencia. Ya que las de muy alta frecuencia, la electricidad circula únicamente por la piel, sin penetrar en el organismo. Respecto a los efectos fisiológicos, para la corriente alterna de baja frecuencia, en la tabla siguiente se muestran los efectos directos de la corriente eléctrica.




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Intensidad de la

corriente (en miliamperios)

Posible efecto en el cuerpo humano

1 mA

Nivel de percepción. Una leve sensación de hormigueo. Aún así, puede ser peligroso bajo ciertas condiciones.

5 mA

Leve sensación de choque; no doloroso, aunque incómodo. La persona promedio puede soltar la fuente de la corriente eléctrica. Sin embargo, las reacciones involuntarias fuertes a los choques en esta escala pueden resultar en lesiones.

6-30 mA

Choque doloroso donde se pierde el control muscular. Esto se conoce como "la corriente paralizante" o "la escala bajo la cual hay que soltar la fuente".

50-150 mA

Dolor agudo, paro respiratorio, contracciones musculares severas. La persona no puede soltar la fuente de electricidad. La muerte es posible.

1000-4300 mA

Fibrilación ventricular (el ritmo cardíaco cesa.) Ocurren contracciones musculares y daño a los nervios. La muerte es sumamente probable.

10,000 mA

Paro cardíaco, quemaduras severas y con toda probabilidad puede causar la muerte.

4 Normas De Seguridad Al Trabajar En Instalaciones Eléctricas

Si tiene que trabajar en instalaciones eléctricas recuerde siempre: 1. Cortar todas las fuentes en tensión 2. Bloquear los aparatos de corte 3. Verificar la ausencia de tensión 4. Poner a tierra y en cortocircuito todas las posibles fuentes de tensión 5. Delimitar y señalizar la zona de trabajo




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AUTOEVALUACIÓN

I. Responda 1. Explica en qué consiste la corriente eléctrica 2. ¿Qué entiendes por diferencia de potencial? 3. Cuantos tipos de corriente eléctrica hay. 4. Explica qué diferencia hay entre un circuito serie y otro paralelo. 5. Haz un resumen de los tipos de cables eléctricos clasificados por el número de conductores, por la tensión nominal y por la sección del conductor. 6. Elabora una tabla donde se relacionen las secciones correspondientes a las tensiones máximas permitidas en cables unipolares y en cables tripolares. 7. Dibuja un pulsador y representa gráficamente su simbología normalizada. 8. Según el tipo de corriente como se clasifican los motores eléctricos. 9. Que motor de corriente alterna es el más sencillo y que tiene menos mantenimiento. 10. Explica como se produce el campo giratorio en un motor de corriente alterna trifásica. 11. Como se puede cambiar el sentido de giro de un motor trifásico. 12. La sobrecarga en un motor eléctrico a que puede ser debida. 13. ¿Cuáles son los elementos que se usan para proteger al motor de corrientes peligrosas? 14. ¿Qué se conoce como tetanización muscular? 15. Que se entiende por electrocución 16. Cuales son los factores que influyen en los efectos de la corriente eléctrica 17. De que factores depende la resistencia del cuerpo humano al paso de la corriente eléctrica. 18. ¿Que tipo de corriente es más perjudicial la corriente alterna o la continua? 19. Que se entiende por contacto directo e indirecto

II. A continuación se le presentan una serie de aseveraciones. Conteste Falso

F o verdadero V según estime correcto.

a. ____ El transformador, es un dispositivo que no tiene partes móviles, el cual

transfiere la energía eléctrica de un circuito u otro bajo el principio de inducción

electromagnética.

b. ____ El flujo magnético depende de la inducción magnética c. ____ La polaridad es substractiva si el voltaje medido entre dos bornes de los devanados es menor que el voltaje aplicado en el devanado de alta tensión el devanado de alta tensión. d. ____ Las líneas de campo q su sentido es de sur a norte en un circuito

magnético

e. ____ El tesla (símbolo T), es la unidad del Flujo magnetico

f. ____ Los Motores son máquinas eléctricas que transforman la energía mecánica

en eléctrica.




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g. ____ Un motor monofásico es un motor de inducción con dos bobinas en el

estator.

h. ____ Los motores monofásicos se construyen únicamente con rotor en jaula de

ardilla.

i. ____ Los motores en MF se construyen para potencias elevadas por arriba de

los 50HP.

j. ____ Un Motor monofásico puede arrancar por si solo.

k. ____ Las conexiones más comunes en bancos trifásicos son la estrella zigzag y

la delta abierta.

l. ____ La polaridad es substractiva el voltaje medido entre dos bornes de los devanados es menor que el voltaje aplicado en el devanado de alta tensión el devanado de alta tensión. m. ____ El sobrecalentamiento de un transformador de distribución es un síntoma

que indica que algún problema se está comenzando en el equipo

n. ____ La línea griega la encontramos por medio de la formula C2=A2+B2

III. Realice las graficas de conexión de: 1) El esquema de conexión de los terminales de un motor Y∆ en estrella y delta 2) La conexión de un motor de dos tensiones conectado en baja y en alta tensión 3) Conexión Y - ∆ en un banco trifásico 4) Conexión Y abierta - ∆ abierta en un banco trifásico

IV. Complete

a. Partes del Motor Monofásico




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b. Partes del Motor Trifásico

instituto regional de occidente iro el viejo...

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