usodeinstrumentosdemedicióneléctricaeinstalaciónyoperacióndegeneradoresymotoreseléctricos

Uso de instrumentos de medición eléctrica e instalación

y operación de generadores y motores eléctricos

Manual Técnico para la(s) carrera(s): Profesional Técnico y Profesional Técnico-Bachiller en la carrera Electricidad Industrial

Uso de instrumentos de medición eléctrica e instalación y operación de

generadores y motores eléctricos

Capítulo 1 Uso de instrumentos para medición de magnitudes eléctricasCapítulo 2 Instalación y operación de generadores y motores eléctricos

Índice

Presentación

Introducción general

Capítulo 1. Uso de instrumentos para medición de magnitudes eléctricas.

Introducción.

Unidad 1 Identificación de los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas.

RAP* 1.1 Identifica los fundamentos de medición de diversas magnitudes eléctricas, mediante el cálculo y conversión de unidades de medida.

1.1.1 Fundamentos de medición de diversas magnitudes eléctricas.

1.1.2 Instrumentos de medición.

•Amperímetro.

•Voltímetro.

•Ohmímetro.

•Multímetro.

1.1.3 Unidades de medición.

1.1.4 Instrumentos de medición de magnitudes eléctricas.

•Amperímetro.

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19

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* RAP: Resultado de aprendizaje

•Voltímetro.

•Ohmímetro.

Unidad2.Medicióndemagnitudeseléctricasenequiposysistemaseléctricos.

RAP* 2.1 Identifica los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas, considerando su principio de funcionamiento.

2.1.1Magnitudeseléctricas.

2.1.2La“LeydeOhm”.

2.1.3 Instrumentos de medición básicos.

2.1.4 Instrumentos de medición especializados.

•Megger.

Capítulo 2 Instalación y operación de generadores y motores eléctricos.

Introducción.

Unidad 1. Identificación de los tipos de generadores y motores eléctricos.

1.1 RAP* Identifica los tipos de generadores eléctricos de acuerdo a su aplicación.

1.1.1Motoresygeneradoreseléctricos.

1.1.2 Tipos de generadores eléctricos.

1.1.3 Tipos de motores eléctricos.

•Motoresdeinducción.

•Motoressincrónicos.

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Unidad 2 Instalación de generadores y motores eléctricos.

2.1.1 Instalación de generadores eléctricos y motores eléctricos.

2.1 RAP* Instala generadores y motores eléctricos de acuerdo a las especificaciones del fabricante.

2.1.3 Instalación de motores eléctricos.

•Vibraciones.

Unidad3Operacióndegeneradoresymotoreseléctricos.

3.1RAP*Operageneradoresymotoreseléctricosdeacuerdoalasrecomendaciones del fabricante

3.1.1Operacióndegeneradoreseléctricos.

3.1.2Operacióndemotoreseléctricos.

Glosario.

Bibliografía.

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185

Presentación

Te invito a explorar este manual técnico que presenta un índice que te proporcionará un panorama general del contenido de cada capítulo. Al leerlo encontrarás un apoyo a tu aprendizaje. El manual contiene los temas más representativos en el desarrollo de tus competencias.

Este material contiene actividades que te invitan a reflexionar, repasar, tomar decisiones, proponer innovaciones; en las prácticas pondrás a prueba tus conocimientos, que te ayudarán a identificar posibles problemas y soluciones. La autoevaluación te permitirá comprobar tu aprendizaje; tus respuestas las puedes verificar al término de cada capítulo o bien tendrás que volver a revisar los temas estudiados para encontrar la respuesta y así llegar a conocer la estructura del manual técnico. Lo anterior no se presenta en el índice porque es parte del contenido.

Recuerda, tú eres quien decide si estás aprendiendo o no. El manual contiene lo esencial; por ello está conformado para que investigues y refuerces tu formación académica.

En la última parte cuentas con un glosario que te ayudará a comprender la idea; puede estar al final del manual o intercalado en el texto. La bibliografía es el último apartado de este manual técnico.

Bienvenido a este espacio del saber

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Introducción generalEl manual técnico Uso de instrumentos de medición eléctrica e instalación y operación de

generadores y motores eléctricos corresponde al núcleo de formación profesional de las carreras de Profesional Técnico (PT) y Profesional Técnico-Bachiller (PT-B) en Electricidad Industrial. Tiene comofinalidad brindarte información para que emplees las técnicas y pruebas requeridas para identificar losinstrumentos necesarios en la medición de parámetros necesarios en la operación de generadores y motores eléctricos. Se imparte en el tercer semestre. El campo laboral en el que puedes incursionares en la industria de energía eléctrica y electrónica, así como la industria de generación de energía eléctricaydecontrolindustrialdemaquinaeléctricas.

El manual está conformado por dos capítulos: El primero “Uso de instrumentos de medición de magnitudes eléctricas” y el segundo “Instalación y operación de generadores y motores eléctricos”. Elprimer capítulo te adentra a ir aprendiendo el empleo de los instrumentos de medición necesarios, para desarrollar las competencias que te permiten entender sus conceptos y la forma de medir lasmagnitudeseléctricasenequiposysistemaseléctricos.

Elsegundocapítulotepermitiráaplicarlosconocimientosaprendidos,atravésdelashabilidadesadquiridaspara llevar a cabo la instalación de generadores y motores eléctricos, considerando el procedimiento y las variacionesdeacuerdoasutipoycapacidad,asícomotambién losfundamentoseléctricosquelosrige,describiendolastécnicasdeoperacióndedichosgeneradoresymotoreseléctricos.

La contribución de cada uno de los capítulos a tu perfil de egreso es significativa, ya que suestudio te permite cumplir con los requerimientos de producción, y realizar el trabajo de acuerdo conlas especificaciones del proceso para cumplir con las necesidades establecidas por el cliente.

La formación profesional PT y el PT-B está diseñada con un enfoque basado en el desarrollode competencias profesionales, lo cual implica realizar trabajo con eficiencia y calidad, considerandoque el conocimiento, actitudes, aptitudes, consistencia y, por ende, el compromiso genera calidad enlas acciones; utilizas de manera constante métodos definidos, procedimientos escritos y detallados, documentación y medición, de acuerdo con los requerimientos del sector productivo y los indicadoresdel desarrollo tecnológico en el área industrial y comercial, así logras una actualización y mejoracontinua y garantizas la competitividad y excelencia en el campo profesional.

Adquirir estas competencias fortalece tu formación integral y te prepara para comprender losprocesos productivos en los que estarás involucrado para resolver problemas, tomar decisiones ydesempeñarte en diferentes ambientes laborales con una actitud creadora, crítica, responsable y propositiva.

Al estudiar este manual recuerda siempre que estás rodeado de compañeros y compañeras quete pueden ayudar a comprender mejor los contenidos. Es necesario que dediques un tiempo a larecapitulación de los aprendizajes logrados, con el propósito de verificar que alcanzaste los resultadosdeaprendizaje(RAP).

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Capítulo 1

Capítulo 1 Uso de instrumentos de medición de magnitudes

eléctricas

Propósito

Usar instrumentos de medición de magnitudes eléctricas, validando las mismas a través de la aplicación de procedimientos y recomendaciones del fabricante, para verificar el funcionamiento de equipos y sistemas eléctricos presentes en distintos ámbitos

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Capítulo 1

Introducción

El presente capítulo corresponde al núcleo de formación profesional, es de tipo específico y se imparte en el tercer semestre de la carrera de Profesional Técnico y Profesional Técnico-Bachiller en Electricidad Industrial,y su finalidad es que realices la instalación de generadores y motoreseléctricos, considerando el procedimiento y las variaciones de instalación de acuerdo a su tipo y capacidad.

Estecapítuloestáconformadoportresunidadesdeaprendizaje.Laprimeraunidad aborda los fundamentos eléctricos que rigen a los generadores ymotores eléctricos, así como los diferentes tipos de generadores y motores eléctricos, la segunda unidad considera las técnicas de instalación de generadores y motores eléctricos, de acuerdo con las especificaciones del fabricante y finalmente la tercera unidad, donde se describen las técnicas de operación de los generadores y motores eléctricos.

Aquí aprenderás a desarrollar las competencias que te permitaninstalar, manejar, operar, diagnosticar y proporcionar el mantenimiento delos diferentes equipos eléctricos necesarios en los procesos industriales,además de mejorar el funcionamiento de los diversos sistemas, validandola operación e instalación y de los diversos sistemas eléctricos, lo que tepermitirá tomar diferentes decisiones durante la instalación, operación y mantenimientodelosequiposysistemaseléctricos.

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Capítulo 1

Unidad 1 Identificación de los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas

RAP Identifica los fundamentos de medición de diversas magnitudes eléctricas, mediante el cálculo

y conversión de unidades de medida

1.1.1 Fundamentos de medición de diversas magnitudes eléctricas

Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmente diseñados según la naturaleza de la corriente, es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parámetros devoltaje,tensióneintensidad.

Decualquierforma,laclasificacióndelosinstrumentosdemediciónse detalla en el esquema 1quetepresentamosacontinuación:

Esquema 1

Clasificación

Precisiónytipodetrabajo

Instrumentos de laboratorio Instrumentos portátiles Instrumentos de tablero Instrumentos analógicos Instrumentos digitales

Error porcentualentre 0 y 0,2%

Error porcentualentre 0,5 y 2,5%

Error porcentualentre 1,5 y 5%

Sistemadeagujayescalasen la medición

Pantalla de cuarzo u otromaterial de gran precisión

Funcionalidad

1.1

20

Capítulo 1

1.1.2 Instrumentos de medición.

Los instrumentos de medición básicos son:

Amperímetro

Es utilizado para llevar acabo las mediciones de flujodecorrientecuyaunidaddemedidaeselampere (A) y sus submúltiplos son el miliamperio yelmicroamperio;esuninstrumentoquemidelaintensidad de la Corriente Eléctrica.

Ohmímetro

Utilizado en la medición de resistencia eléctrica en dondelaunidaddemedidaeselOhm(Ω); este instrumento mide valores de resistencia eléctrica, su unidadbásicaeselOhm(Ω) y sus múltiplos son: el Kilo-Ohm(KΩ)yelMega-Ohm(MΩ).

Voltímetro Seempleapararealizarlamedicióndevoltajesotensiones,suunidaddemedidaeselvolt(EoV),susmúltiplossonelmegavoltio(MV)yelkilovoltio(KV)ysussubmúltiplossonelmilivoltio(mV)yelmicrovoltio; este instrumento mide el valor de la tensión.

Multímetro

Tiene la capacidad de realizar la medición de diferentesparámetroseléctricos,haydostipos:análogo y digital.

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Capítulo 1

Identifica los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas.

Propósito:quepuedasreconocerlosinstrumentosdemediciónempleadosen la medición de las magnitudes eléctricas. Contenido teórico:debes recordarque los instrumentosdemediciónsonmuy costosos y en ocasiones difíciles de sustituir, por lo que debes deasegurarte bien sobre el parámetro que vas amedir antes de conectar elinstrumento y aplicar energía al circuito de prueba.Desarrollo: realiza el complemento del cuadro 1 (propuesto) donde especifiques el tipo de instrumento a utilizar, de acuerdo a las unidadesde medida de cada una de las magnitudes establecidas.Material: ·Hojasblancas. · Lápiz. · Goma. · Cuadro 1 (propuesto).Procedimiento: · Identifica el tipo de instrumento de medición a utilizar, de acuerdo a la magnitud a medir. · Identifica las unidades de medida de las magnitudes en cada instrumento de medición.

Práctica 1

Cuadro 1 de especificacionesInstrumento Magnitud Unidad

Voltajeotensión

Resistencia

Flujodecorriente

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Capítulo 1

Sopa de letras

Instrucciones: De cada una de las siguientes definiciones de instrumentos de medición y de unidades de medida eléctricas, localiza cada uno de ellos en la siguiente sopa de letras.

Actividad 1

- Unidaddemedidaqueequivaleaunamilésima parte de un ampere.

- Unidad de medida de la resistencia eléctrica.

- Unidad de medida de la diferencia de potencial.

- Instrumento utilizado para medir la diferenciadepotencialquealimentaaun circuito eléctrico.

- Unidaddemedidaqueequivaleaunamilésima parte del volt.

- Instrumentoquecuentacon variosaparatos de medición de variables eléctricas al mismo tiempo.

- Unidaddemedidaqueequivaleamilveces la unidad de volt.

- Instrumento utilizado para medir la resistencia eléctrica de un circuito.

A I T R C O V T A TH J M D D H N Q R JM I L I A M P E R EI M T E N S I O N KL L P F M H N V D II L X D E R K P F LV O L T I M E T R OO D G B V U F G R VL G D R B L N J D OT V B M R T F N K LT G K L C I R G L TS D F R T M U T E IA D F G U E N H J OR O H M E T R O M BF G H K L R L K T CZ D F T M O Y M U T

23

Capítulo 1

1.1.3 Unidades de medición

Dentro de las unidades eléctricas, tenemos a las unidades de intensidad, de tensión y de resistencia.

La corriente eléctrica, es el movimiento o paso de electricidad a lo largo del circuito eléctrico desde el generador de electricidad hasta elaparato donde se va a utilizar, que llamaremos receptor, a través de losconductores.

Paraqueseorigine lacorrienteeléctrica,esnecesarioqueenelgeneradorse produzca una fuerza electromotriz que produzca una diferencia depotencial entre los terminales o polos del generador, a esta diferencia de potencialselellamatensiónovoltajeysemideenVOLTIOS(V).La unidad que nosmide la diferencia de potencial o tensión es el VOLTIO(V) llamado así en honor al físico italiano Volta, que descubrió la pilaeléctrica.

Para grandes potenciales se emplea el KILOVOLTIO y en los pequeños elMILIVOLTIO.

A la cantidad de electricidad que pasa por un conductor en un segundosellamaintensidaddelacorrienteysemideenAMPERIOS(A).La unidad de intensidad es el Amperio (A), nombre dado en honor delfísico francés Ampere, como en electrónica, esta es una unidad muy grande para las corrientes que normalmente se controlan, por lo que acontinuación te definimos los submúltiplos más empleados:

1 KILOVOLTIO = 103 Voltios1 MILIVOLTIO = 10-3 Voltios1 V = 0.001 KV = 1000 mV

1 MILIAMPERIO = 10-3 Amperios1 MICROAMPERIO = 10-6 Amperios1 A = 1.000 mA = 1.000 000 uA

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Capítulo 1

Es importante que no olvides que la dificultad que ofrece un conductoral paso de una corriente eléctrica se llama resistencia eléctrica y se mide enOHMIOS(Ω).

La unidad demedida de la resistencia eléctrica es el OHMIO (Ω), nombre dado en honor del físico alemán Ohm. Al ser una cantidad pequeña seemplean sus múltiplos:

Estas tres magnitudes pueden ser relacionadas por medio de la llamada “LeydeOhm”,quenosdiceque:La intensidad es directamente proporcional a la tensión o voltaje e inversamente proporcional a la resistencia.

Esto quiere decir que la intensidad crece cuando aumenta la tensión ydisminuye cuando crece la resistencia.

Esto se expresa de la siguiente forma:

En donde:

1 KILOOHMIO = 103 Ohmios1 MEGAOHMIO = 106 Ohmios1 OHMIO = 0.001 K = 0.000001 M

E = EI

La tensión es dada en volts (E o V)La intensidad es dada en amperes ( I )La resistencia es dada en Ohms (Ω)Sus unidades son:1 Amperio = 1 Voltio / 1 Ohmio1 Voltio = 1 Amperio * 1 Ohmio1 Ohmio = 1 Voltio / 1 Amperio

25

Capítulo 1

Actividad 2Instrucciones: realiza los siguientes cálculos de conversión, aplicando las unidades de medida de los sistemas internacional e inglés al desarrollar losejercicios.

a)10kiloohm-Ohm

b)10000000Ohm–Megaohm

c)0.00001Ampere–microampere.

d)0.0025Volts–milivolts

e)50kilovolt–volt

f)100000Ohms–kiloohm

g)0.000005Ampere–microampere.

h)0.00035volt–microvolt

i)0.25miliampere–ampere

j)300miliampere–ampere

26

Capítulo 1

1.1.4 Instrumentos de medición de magnitudes eléctricas

Amperímetro

El amperímetro de CC puede medir CA rectificando previamente esta corriente, si hablamos en términos básicos, el amperímetro es un galvanómetro(instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con unaresistencia paralela llamada Shunt. Los amperímetros tienen resistenciaspor debajo de 1 Ohmio, debido a que no se disminuye la corriente amedir cuando se conecta a un circuito energizado; su funcionamiento se presenta en la figura 1.

Almomento de utilizar un amperímetro paramedir el flujo de corriente enun circuito, se requiere tomar en cuenta algunas recomendaciones, talescomo:a) Debeshacerlaconexióndelamperímetroenserieconelcircuito.b) Es importante que conozcas un aproximado de corriente a medir, ya

que si esmayor de la escala del amperímetro lo puedes dañar. Por lotanto, la corriente a medir debe ser menor a la corriente seleccionada en la escala del amperímetro.

c) Cada instrumento tiene marcada la posición en que debes utilizarlo:horizontal,verticaloinclinada.

d) Debescuidarquetodoinstrumentoesteajustadoacero.e) Laslecturastiendenasermásexactascuandolasmedidasquetomessean

intermediasalaescaladelinstrumentodebidoaqueenlosinstrumentosdemedicióndetipoanalógico,silasmedicionessehacenmuycercadelosextremosdelacarátula,puedensererróneas,debidoaqueunasimplelínea en la escala al momento de interpretarla, puede provocar un error de apreciación.

f) Nunca debes conectar un amperímetro en paralelo con un circuito que esté energizado, debido a que puedes dañar el instrumento demedición, debido a la gran cantidad de corriente que pasaría a travésde él.

GRi

IiI

RsIs

I:� Corriente a medirIi:� Corriente internaIs:� CorrientedeShuntRi:� Resistencia interna �� del GalvanómetroRs:ResistenciaShuntG:� Galvanómetro Figura 1 Esquema

eléctrico interno de un Amperímetro

27

Capítulo 1

Voltímetro

Otro instrumentoutilizadopara lamedicióndemagnitudeseléctricas es elvoltímetro, el cual mide el valor de la tensión con la que es alimentadoun circuito eléctrico. Su unidad básica de medición es el Voltio (V) susmúltiplos son elmegavoltio (MV) y el kilovoltio (KV) y los submúltiplos sonelmilivoltio(mV)yelmicrovoltio(µV).Las características del voltímetro son también parecidas a las del galvanómetro, pero con una resistencia en serie. Dicha resistencia debetener un valor elevado para limitar la corriente hacia el voltímetro cuandocircule la intensidad a través de ella, porque el valor de la misma esequivalente a la conexión paralela (aproximadamente igual a la resistenciainterna) por esto la diferencia del potencial que se mide (I x R) no varía;su funcionamiento se presenta en la figura 2.

Figura 2 Esquemaeléctrico interno de

unVoltímetro

GRI

RM

Terminal Terminal

Para utilizar el voltímetro en la medición de la tensión en un circuito, debes considerar algunas recomendaciones como:

a) Es necesario que lo conectes en paralelo con el circuito a medir,tomando en cuenta la polaridad si es CC

b) Debes tener un aproximado de la tensión a medir, con el fin de queutilices la escala adecuada del voltímetro.

c) Cada instrumento tiene marcada la posición en que se debe utilizar,yaseahorizontal,verticaloinclinado.

d) De ser necesario, al iniciar unamedición, deberás ajustar el voltímetroa cero.

Debes conocer en todo momento la tensión de una fuente o del circuito a medir, ya que en muchas de las ocasiones puedes encontrarte con alzasybajasdetensión.

28

Capítulo 1

Ohmímetro

Por último podemos encontrar el Ohmímetro, muy similar al voltímetroy al amperímetro, pero con una batería y una resistencia la cual es la que ajusta en cero el instrumento en la escala de los Ohmios cuandolas terminales presentan corto circuito. En este caso, el voltímetro marca la caída de voltaje de la batería y si ajustamos la resistencia variable,obtendremos el cero en la escala, esto se muestra en la figura 3.

Figura 3

Para llevar a cabo la medición de resistencia eléctrica con la ayuda de unohmímetro,debestenermuypresenteslassiguientesrecomendaciones:

a) La resistencia que midas no debe estar conectada a ninguna fuentede tensión o a ningún otro elemento del circuito, pues esto causaría medicionesinexactas,ademásdequesepodríaaveriarelinstrumento.

b) Siempre debes ajustar a cero el instrumento para evitar medicioneserráticas gracias a la falta de carga de la batería.

c) Al terminar de utilizar el ohmímetro, debes asegurarte de apagarlocorrectamenteparaevitarquelasbateríassedesgasten.

La principal función del ohmímetro, consiste en conocer el valor ohmicode una resistencia desconocida, o la de medir la continuidad de un conductor y por supuesto detectar averías en circuitos desconocidos dentrolosequipos.

R2V R1E

Ohm

+ _

Ajustedecero de Terminales

dePrueba

29

Capítulo 1

Generalmente, estos instrumentos se venden en forma de multímetro ya sea analógico o digital los cuales son la combinación del amperímetro, el voltímetroyelohmímetrojuntos(verfigura4).

Figura 4 MultímetroAnalógico y Digital

30

Capítulo 1

Identifica los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas, considerando su principio de funcionamiento.Propósito: debes aprender a identificar el tipo de instrumento de medición a utilizar de acuerdo a la magnitud eléctrica a medir.Contenido teórico: es importante que recuerdes que un instrumento demedición es muy delicado, por lo cual es necesario que sepas el tipode magnitud a medir, para seleccionar el tipo de instrumento a utilizar. Material: ·Hojasblancas. · Lápiz. · Goma. · Cuadro 1 (propuesto).Procedimiento: · Identifica a través de un cuadro comparativo el funcionamiento de los diferentes instrumentos de medición de magnitudes eléctricas. · Escribedebajodecadainstrumentosucaracterísticarespectiva.

Voltímetro Ohmímetro Amperímetro

Características de funcionamiento:

• Consta de un galvanómetro, con una resistencia paralela llamada Shunt.

• Contiene un galvanómetro, pero con una resistencia en serie.• Tieneunabateríayunaresistencia,lacualeslaqueajustaen

cero el instrumento.• Laconexióndeesteinstrumentosedebehacersiempreenserie

con el circuito.• Alhacerlamediciónconesteinstrumento,nodebeestarconec-

tada a ninguna fuente de tensión o a ningún otro elemento del circuito.

• Laconexióndeesteinstrumentodebehacerseenparaleloconelcircuito a medir.

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

2

31

Capítulo 1

UNIDAD 2 Medición de magnitudes eléctricas en equipos y sistemas eléctricos

RAP Identifica los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas, considerando su principio

de funcionamiento

2.1.1 Magnitudes eléctricas

La importancia de los instrumentos eléctricos de medición es incalculable,yaquemedianteelusodeellossemideneindicanmagnitudes eléctricas como corriente, carga, potencial y energía, o las características eléctricas de los circuitos: la resistencia, la capacidad, la capacitancia y la inductancia.

Por otro lado, los instrumentos de medición permiten localizar las causas del mal funcionamiento de algún aparato eléctrico en el cual no es posible apreciar físicamente su mal funcionamiento, por tanto, la informaciónqueproporcionanlosinstrumentosdemedicióneléctricase da normalmente en una unidad eléctrica estándar tales como los ohmios,voltiosylosamperios.

En un sistema eléctrico formado por una fuente de alimentación, conductoresyunaresistenciaeléctrica(comocarga)puedenhacersemedicionesdeestostresparámetrosconsiderandoquelaresistenciaeléctricaeslaoposiciónqueexistealflujodelacorrienteeléctricaenuncircuitolacualdependedemuchosfactores,comoelalambrede cobre de los conductores, pues presenta cierta resistencia al paso delacorrienteeléctrica.ElfísicoalemánGeorgeSimonOhm(1787–1854)descubrióqueparaunconductormetálicodado,deunalongitudycortetransversalespecíficos,larelaciónentreelvoltajeylacorrientees una constante. A esta relación se le conoce como resistencia y se expresaenlaunidaddenominadaOhm.(Hombre,CienciayTecnología,[1990]).

2.1

32

Capítulo 1

2.1.2. La “Ley de Ohm”

La“LeydeOhm”seconsideraamenudocomoelfundamentodelanálisis de circuitos y se puede expresar mediante la fórmula:

R = EI

En donde:

Existenotrasdosfórmulasútilesquesepuedenderivardelaformula anterior y son:

Paraproducirunvoltaje,primerodebeexistirunvoltajeenlaresistencia el volt es la unidad de potencial y se mide con el voltímetro, el ampere es la unidad de la corriente eléctrica y se mide con un amperímetro.

I = ER

E = IR

2.1.3 Instrumentos de medición básicos

Hastaestemomentohasrevisadolosinstrumentosdemedición,porloqueahorateproponemosunaseriedeprácticasenlasquereforzarás la información.

E = La diferencia de potencial entre los dos extremos de un elemento de resistencia (que se mide en volts).I = La corriente eléctrica que pasa por dicho elemento de resistencia (que se mide en amperes).R = La resistencia de dicho elemento (que se mide en ohms).

33

Capítulo 1

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

3Medición de magnitudes eléctricas en equipos y sistemas

Propósito: realiza la conexión, operación y toma de lecturas con los instrumentos de medición básicos de acuerdo con los procedimientos establecidos.Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad. Duración: 2horas.Contenido teórico: debes recordar que la medición de voltaje, corrientey resistencia se lleva a cabo considerando el funcionamiento y la forma de conexión correcta para cada medición.Desarrollo: realiza la conexión de los circuitos eléctricos en serie y paralelo, de acuerdo a lo establecido en los formatos de prácticas elaborados.Material y/o equipo: ·Módulodefuentedeenergía(0-120VCD) EMS8821. ·Móduloderesistencia EMS8311 ·MódulodemedicióndeCD(200V,500mA,2.5A)EMS8412 · Cables de conexión banana-banana. ·MultímetroAnalógicooDigital. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Calculadora. · Lápiz. · Goma.

¡En este experimento se manejan altos vol-tajes¡ ¡No hagas ninguna conexión cuando la fuente esté conectada¡ ¡Debes desconec-tar la fuente después de realizar cada me-dición!

34

Capítulo 1

Procedimiento:1. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas deseguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica.

2. Prepara el equipo, los instrumentos demedición, las herramientas y losmateriales a utilizar.

3. Utiliza el módulo EMS de resistencia, medición de CD y fuente deenergía para conectar el circuitomostrado en el esquema 1. Ten cuidadode establecer las polaridades y cerciórate de que el interruptor dealimentación esté abierto, la lámpara indicadora on-off esté apagada y que a la perilla del control de voltaje variable de salida esté en sentidocontrarioalasmanecillasdelreloj.

4.Conecta lafuentedeenergíayhazgirar lentamente laperilladecontrolde voltaje de salida, hasta que el voltímetro de 0 – 200 V CD conectadoa la carga de 300 Ωindique20VCD.Veresquema1.

5. El miliamperímetro de 500 mA CD indicará la corriente que pasa porel circuito, anota este valor en el espacio correspondiente en la tabla a) y haz lo mismo para los diferentes valores de voltaje que se indican enesta misma tabla 1.

6. Reduce el voltaje a cero y desconecta el interruptor de la fuente dealimentación.

Magnitud UnidadVolts(E)

Amperes (A)

Tabla 1

Esquema 1

0 20 40 60 80 100 120

35

Capítulo 1

Cor

rien

te e

n m

ilia

mp

eres

Voltaje en volts

100

200

300

400

0 20 40 60 80 100 120

8. Con los valores de I y E de la tabla 1, calcula las relaciones de E/Icorrespondientes a cada caso y anota tus cálculos en la tabla 2.

9. El valor promedio de E/I es: ________________Observa que la relaciónentre el voltaje aplicado a la resistencia y la corriente que pasa por ellaes un valor constante denominado resistencia.

Magnitud UnidadE

E/I

Tabla 2

7. Grafica las corrientes anotadas en la tabla a) en la siguiente gráfica 1,traza una línea continua sobre los puntos marcados. ¿Cómo es el voltajey la corriente?

0 20 40 60 80 100 12020 40 60 80 100 120

36

Capítulo 1

10. A continuación debes comprobar que la forma alternativa de la “Leyde Ohm” (I = E/R) es válida. Utiliza el mismo circuito del esquema 1.Conecta la fuente de energía y ajústala a 90 V CD, de acuerdo con lalectura que aparezca en el voltímetro conectado a la resistencia de 300Ω.Mideyanotalacorrientequepasaporesaresistencia.

Corriente medida = ______________ A CD.

11. Reduce el voltaje a cero y desconecta el interruptor de la fuente deenergía.

12. Con el valor de 90 volts y la resistencia de 300 Ω, calcula la corriente que pasa por esta resistencia, ¿cómo es la corriente calculada conrespecto a la corriente medida? __________.

13.Ahoraverificaque laotra formade la“LeydeOhm” (E= IR)esválida.Utiliza el mismo circuito del esquema 1; sin embargo, ahora la resistenciaseajustaráa600Ω.

14. Conecta la fuente de energía y ajusta el voltaje de salida hasta queelmedidordecorrienteindique0.2ACD.

15.Mideyanotaelvoltajeatravésdelaresistenciade600Ω.

Voltaje medido = _____________ V CD.

16. Reduce el voltaje a cero y desconecta el interruptor de la fuente dealimentación.

17. Con la resistencia de 600 Ω y la corriente de 0.2 Amperes, calcula el voltajequealimentaalcircuito¿Cómoeselvoltajecalculadoconrespectoalvoltajemedido?______________.

18. Ahora debesmedir el valor de la resistencia equivalente sin utilizar elohmímetro. Emplea el mismo circuito del esquema 1. Conecta la fuentede energía y ajusta el voltaje de salida a 60 volts CD, según lo indica elvoltímetro conectado a la resistencia. Haz variar la resistencia por medio de los interruptores del módulo EMS 8311, hasta que el medidor decorriente indiqueaproximadamente0.3ACD.Reajustaelcontroldevoltajesiesnecesario,afindemantener60VoltsCDenlaresistencia.

37

Capítulo 1

19. Aplica la “Ley de Ohm”, el voltaje anterior de 60 volts y la corrientede0.3amperes,paracalcular la resistenciaequivalentequese tieneahoraen el circuito.

Resistencia equivalente = ______________ Ω

20. Reduce el voltaje a cero y desconecta el interruptor de la fuente deenergía.

21. Desconecta el circuito sin mover de posición los interruptores del móduloEMS8311.

22. Utiliza el ohmímetro paramedir la resistencia equivalente del circuito.¿Cómo es el valor de la resistencia calculada y la resistencia medida? __________________.

23. Desarma el circuito y entrega el material.

24.Limpiaeláreadetrabajo.

25. Realiza las conclusiones de la práctica.

38

Capítulo 1

Contesta las siguientes preguntas

Instrucciones: aplicando la “Ley de Ohm”, encuentra el parámetro que sete pide.

1. ¿Cuál será la cantidad de flujo de corriente que circula por un circuitoque es alimentado por una fuente de 100 volts y tiene una resistenciade20Ohms?

2. ¿Qué cantidad de voltaje se requiere para hacer que se presente unflujo jo de corriente de 2 amperes a través de una resistencia de 60Ohms?

3. ¿Qué valor de resistencia se requiere en un circuito que es alimentadocon una tensión de 100 volts, para que se obtenga una corriente de 5amperes a través de él?

39

Capítulo 1

2.1.4 Instrumentos de medición especializados

Megger

Dentro de los instrumentos de medición de magnitudes eléctricas especializadosseencuentraelMegger,queesunequipoquesirveparamedirla resistencia del suelo y analizar los electrodos de la tierra.

Las diferentes fallas en las instalaciones eléctricas y los sistemas de aislamiento son impredecibles y a menudo pueden provocar terribles accidentes, loquesuponeunriesgograveparatodaslaspersonasyaparatosqueestána su alrededor. Además, repararlos o, llegado el caso, sustituirlos por otros nuevos, puede resultar muy costoso. Los equipos demedición de Meggerayudan a mantener en buen estado los aparatos electrónicos y los sistemas de aislamiento.

Estos equipos miden con gran precisión el factor de energía, inclusoen ambientes hostiles, como estaciones de transformadores y plantas deproducción.

Elnombrecorrectodeesteinstrumentoesmegómetro,yaquelamedidadel aislamiento de cables, transformadores, aisladores, etc se expresa en megomios(MΩ).

Uninstrumentocomoeldelafigura5esuntipoespecialdeóhmetroenelquelabateríadebajatensión,delaquenormalmenteestándotadoséstos,se sustituyeporungeneradordealta tensión, de formaque lamedidaderesistenciaseefectúaconvoltajesmuyelevados

Figura 5 Megger

40

Capítulo 1

Antes de conectar una instalación nueva a la tensión de la red, debes efectuar la medida de resistencia de aislamiento para comprobar el correcto estado delamisma.Igualquelasmáquinaseléctricasloscablesestánsometidosasobrecargas, cortocircuitos y defectos a tierra. Para saber si después de estas incidencias el cable se encuentra en condiciones óptimas de servicio se pueden realizar dos pruebas; medida de la resistencia de aislamiento y medida de la continuidaddecable,estosedebehacerpormediodelmeggeromegómetro.

Porotrolado,setieneelosciloscopioqueesuninstrumentoquepermitevisualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricosyelectrónicos.Porejemploenelcasodelostelevisores,lasformasde las ondas encontradas en los distintos puntos de los circuitos están bien definidas, mediante su análisis puedes diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento.

Lososciloscopiossoninstrumentosversátilesquepuedenmedirungrannúmerodefenómenos,provistodeltransductoradecuado(unelementoqueconvierte una magnitud física en señal eléctrica) es capaz de dar el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche,etc.

Es importante que el osciloscopio utilizado permita la visualización deseñalesdeporlomenos4,5ciclosporsegundo,loquepermitelaverificacióndeetapasdevideo,barridovertical,horizontalyhastadefuentesdealimentación.Si bien elmás común es el osciloscopio de trazo simple, esmuchomejorunodetrazodobleenelquemásdeunaformadeondapuedenvisualizarsesimultáneamente.

El funcionamiento del osciloscopio está basado en la posibilidad de desviarunhazdeelectronespormediodelacreacióndecamposeléctricosy magnéticos. En la mayoría de osciloscopios, la desviación electrónica, llamadadeflexión,seconsiguemediantecamposeléctricos,loqueconstituyela deflexión electrostática. Para entender más a profundidad la operación de un osciloscopio puedes consultar la siguiente página web http://paginas.fisica.uson.mx/horacio.munguia/aula_virtual/Cursos/Electronica/Documentos/Osciloscopio/CAP3.pdf”

Lafigura6,representa lapantalladeunosciloscopio,puedesnotarqueexistenunasmarcasenlapantallaqueladividentantoenverticalcomoenhorizontal,estoformaloquesedenominaretículaorejillaLaseparaciónentredoslíneasconsecutivasdelarejillaconstituyeunadivisión.Normalmentelarejilla posee 10 divisiones horizontales por 8 verticales del mismo tamaño(cercanoalcm),loqueformaunapantallamásanchaquealta.Enlaslíneascentrales,tantoenhorizontalcomoenvertical,cadadivisiónocuadroposeeunasmarcasqueladividenen5partesiguales.

41

Capítulo 1

Algunososciloscopios poseenmarcas horizontales de0%, 10%, 90%y100%parafacilitarlamedidadetiemposdesubidaybajadaenlosflancos(se mide entre el 10% y el 90% de la amplitud de pico a pico). Algunos osciloscopios también visualizan en su pantalla cuantos voltios representa cada divisiónverticalycuantossegundosrepresentacadadivisiónhorizontal.

Pararealizarmedidasdetiemposeutilizalaescalahorizontaldelosciloscopio.Estoincluyelamedidadeperiodos,anchuradeimpulsosytiempodesubiday bajada de impulsos. La frecuencia es una medida indirecta y se realizacalculando la inversa del periodo. Al igual que ocurría con los voltajes, lamedidadetiemposserámásprecisasieltiempodelobjetodemedidaocupalamayor parte de la pantalla, para ello se actúa sobre el conmutador de la base de tiempos. Si se centra la señal utilizando el mando de posicionamiento vertical se pueden utilizar las subdivisiones para realizar una medida más precisa (ver figura7).

Marcas(Medidas flancos)

SubdivisiónDivisión

10090

100

Figura 6

Figura 7

Línea central{

42

Capítulo 1

Generalmente cuando se habla de voltaje, lo que realmente se quiereexpresar es la diferencia de potencial eléctrico expresado en voltios entre dos puntos de un circuito. Normalmente uno de los puntos esta conectado a masa (0voltios)entoncessimplificamoshablandodelvoltajeenelpuntoA(cuandoenrealidadesladiferenciadepotencialentreelpuntoAyGND).Losvoltajespueden medirse de pico a pico (entre el valor máximo y mínimo de la señal). Esmuyimportantequeespecifiques,alrealizarunamedida,quetipodevoltajeestasmidiendo,yaqueelosciloscopioesundispositivoparamedirelvoltajede forma directa.

Enlafigura8,seseñalaelvalorpicoVp,elvalorpicoapicoVpp,queesnormalmenteeldobledeVpyelvaloreficazVefoVRMS(root-mean-square,es decir la raíz de la media de los valores instantáneos elevados al cuadrado) yqueesutilizadaparacalcularlapotenciadelaseñalCA.

Figura 8.

Voltaje pico a pico

Voltaje pico

0 Voltios

Voltaje eficaz

43

Capítulo 1

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

4Mide las magnitudes eléctricas con instrumentos de medición especiales, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante y utilizando los materiales respectivos

Propósito: realiza la medición de parámetros de voltaje y frecuencia dediferentes señales eléctricas.Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad. Duración: 2horasContenido teórico: debes recordar que la medición de señales decorriente alterna o señales de diferente tipo, requiere de la utilización delosciloscopio para medir la frecuencia y los valores, medio, promedio y rmsdedichasseñales.Desarrollo: realiza la conexión de un circuito de prueba para llevar a cabo lamedicióndeparámetrosdevoltajeycorrientedediferentesseñales.Material y/o equipo: ·Fuentedeenergía(0-40VCA). ·Fuentedeenergía(0–35VCD). ·Multímetrodigital. ·Osciloscopio. · Generador de funciones. · Resistencia 1 KΩ 1 Watt. · Resistencia 1.5 KΩ 1 Watt. · Resistencia 3.3 KΩ 1 Watt. · Tablero de experimentos. · Cables de conexión banana-banana. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Lápiz. · Goma.


44

Capítulo 1

Procedimiento: 1. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas deseguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica.

2. Prepara el equipo, los instrumentos demedición, las herramientas y losmateriales a utilizar.

3. Calibra el osciloscopio a un voltaje de 0.5 volts pp a una frecuenciade1Khz.

4.Construyeelcircuitodelesquema2.

5.Alimentaelcircuitoconunvoltajede5.8VCA.

6. Utiliza el voltímetro, para medir las tensiones en las terminales mostradas enelesquema2yanótalasenlatabla1.

7.Conectaelosciloscopioentre las terminalesdelesquema2yanota tusresultados en la tabla 1.

8. Compara los resultados obtenidos ¿Qué diferencia existe entre ellos?¿Porqué?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Esquema 2

45

Capítulo 1

9. Compara los resultados obtenidos ¿Qué diferencia existe entre ellos? ¿Porqué?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Enciende el generador de funciones y selecciona una onda senoidal de1Khz yun voltajede2 volts picoapico, aplica este voltaje al circuitodelesquema2.

11.Conelosciloscopiomideycalculaelvalorppdevoltajeylafrecuenciaentre los puntos A y B, aplica la fórmula:

Vpp(A-B)=_____________Voltsf=_____________Hz.

12.Conelosciloscopiomideycalculaelvalorppdevoltajeylafrecuenciaentre los puntos B y C, aplicando las fórmulas antes descritas.

Vpp(B-C)=_____________Voltsf=______________Hz.

Terminales Volts en voltímetro Volts enosciloscopio

A - D

B - D

C - D

Tabla 1

TimedivTime = x Div (horiz) f= 1

TVoltdivVPP = x Div (vert) x Atenuacion

46

Capítulo 1

13. ¿Qué sucede con el valor de voltaje en los puntos A –B y B –C delcircuito?____________________________________________________________________________________________________________________________________________

14.¿QuésucedeconlafrecuenciaenlospuntosA–ByB–Cdelcircuito?____________________________________________________________________________________________________________________________________________

15.Desarmaelcircuitoydesconectaelequipo.


17.Realizatusconclusionesdelapráctica.


Obtén la frecuencia y el valor pico a pico si la señal se visualiza en unosciloscopio con las siguientes posiciones en sus controles, considerando queestéperfectamentecalibrado.

1. Una señal en el osciloscopio tiene una amplitud de 4 divisiones y una longituddeondade6divisiones, si laperilladeTime/div. seencuentraen .5 mseg. / div., la perilla de amplitud está en 50 mv / div, y laatenuación de la punta de prueba es X10, calcula el valor pico a pico y la frecuencia de la señal utilizando las fórmulas respectivas.

TimedivTime = x Div (horiz) f= 1

TVoltdivVPP = x Div (vert) x Atenuacion

47

Capítulo 1

1

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

Instrucciones: subraya la respuesta correcta.

1. ¿Cuál de estos instrumentos se utiliza para realizar mediciones de corriente eléctrica?a)Voltímetro b)Amperímetro c)Óhmetro d)Wattímetro

2. Este aparato de medición permite saber el consumo de energía en un circuito:a)Voltímetro b)Amperímetro c)Óhmetro d)Wattímetro

3. Aparato demedición que permite saber el valor de resistencia eléctricade un circuito.a)Voltímetro b)Amperímetro c)Óhmetro d)Wattímetro

4. Este dispositivo, permite realizar mediciones de tensión en los circuitos eléctricos:a)Voltímetro b)Amperímetro c)Óhmetro d)Wattímetro

5. La unidad de medida del parámetro de la corriente eléctrica es:a)Ampere b)Volts c)Ohms d)Watts

6. Unidad utilizada para determinar el parámetro de tensión en un circuito eléctrico.a)Ampere b)Volts c)Ohms d)Watts

7. Es la unidad utilizada para designar el parámetro de resistencia encircuitos eléctricosa)Ampere b)Volts c)Ohms d)Watts

8. Es la unidad de medida utilizada para designar el parámetro deconsumo de energíaa)Ampere b)Volt c)Ohms d)Watts

9. ¿De qué manera debe conectarse un amperímetro, para realizar lamedición de corriente eléctrica?a) En paralelo b) En corto circuito c) En serie d) Sin alimentación.

48

Capítulo 1

10. Indica la forma en la que debe ser conectado un voltímetro pararealizar la medición de tensión en un circuito.a) En paralelo b) En corto circuito c) En serie d) Sin alimentación.

11. ¿Cómo debe estar el circuito eléctrico cuando se quiere realizar lamedición de resistencia eléctrica?a) En paralelo b) En corto circuito c) En serie d) Sin alimentación.

12. De acuerdo a la ley de Ohm, ¿cuál de las siguientes operacionesrepresentadas te permite llevar a cabo el cálculo de la resistencia eléctrica?.a) b) c) d)

13. Considera la ley de Ohm y determina ¿cuál planteamiento te permitecalcularelvoltajeenuncircuitoeléctrico?a) b) c) d)

14. Toma como referencia y establece ¿cuál es el planteamiento que tepermite realizar el cálculo de la corriente eléctrica en un circuito eléctrico?a) b) c) d)

15. ¿Cuál de los siguientes planteamientos te puede permitir calcular la potencia en un circuito eléctrico?a) b) c) d)

16. Este aparato es utilizado para realizar la visualización de señales, para verificaretapasdevideo,barridoverticalyhorizontal.a)Óhmetro b)Osciloscopio c)Generadordefunciones d)Megger

17. Este aparato nos permite generar señales de diferentes tipos, ya seaseñales cuadradas, triangulares, o senoidales.a)Óhmetro b)Osciloscopio c)Generadordefunciones. d)Megger

ER

I,R EI

E,I

ER

I,R EI

E,I

ER

I,R EI

E,I

ER

I,R EI

E,I

49

Capítulo 1

18. Este aparato permite medir la resistencia del suelo y analizar loselectrodos de la tierra de una instalación eléctrica.a)Óhmetro b)Osciloscopio c)Generadordefunciones. d)Megger

19. El siguiente planteamiento te permite calcular el valor pico a pico de una señal.a) b)

c) d)

20. Para realizar el cálculo del tiempo de barrido de una señal debes utilizar el siguiente planteamiento.a) b)

c) d)

Div(vert)Voltdiv

x

Div(vert)Voltdiv

x

Div(vert) x AtenuaciónVoltdiv

x

Div(vert) x AtenuaciónVoltdiv

x

50

Capítulo 1

Actividad 1

Respuestas a las actividades

51

Capítulo 1

Actividad 2

Solución:

a)10000Ohms

b)10Megaohms

c) 10 microamperes

d) 2.5 milivolt

e) 50000 volt

f)100Kiloohms

g) 5 microampere

h)350microvolt

i) 0.00025 miliampere

j)0.3amperes

52

Capítulo 1

Práctica 1Cuadro de especificaciones propuesto

Práctica 2Cuadro comparativo

Instrumento.

Voltímetro.

Ohmímetro.

Amperímetro.

Magnitud.

Voltaje o tensión.

Resistencia.

Flujo de corriente.

Unidad.

Volts.

Ohms.

Amperes.

Voltímetro.

Consiste en un galvanómetro, pero con una resistencia en serie.

La conexión de este instrumento debe hacerse en paralelo con el circuito a medir.

Ohmímetro.

Consta de una batería y una resistencia, la cual es la que ajusta en cero el instrumento.

Al hacer la medición con este instrumento no debe estar conectada a ninguna fuente de tensión o a ningún otro elemento del circuito.

Amperímetro.

Consta de un simple galvanómetro, con una resistencia paralela llamada Shunt.

La conexión de este instrumento se debe hacer siempre en serie con el circuito.

Respuestas a las prácticas

53

Capítulo 1

Práctica 3

7. Grafica las corrientes anotadas en la tabla a) en la siguiente gráfica 1,trazauna líneacontinua sobre lospuntosmarcados. ¿Cómosonel voltajey la corriente?

R= Son directamente proporcionales.

9. El valor promedio de E/I es: similar. Observa que la relación entre elvoltaje aplicado a la resistencia y la corriente que pasa por ella es unvalor constante denominado resistencia.

Volts

Amperes

0

0

20

0.0667

40

0.1333

60

0.2

80

0.2667

100

0.3333

120

0.4

Cor

rien

te e

n m

ilia

mp

eres

Voltaje en volts

100

200

300

400

0 20 40 60 80 100 120

E

E/I

0

0

20

299.85

40

307.69

60

300

80

299.96

100

303.03

120

300

54

Capítulo 1

10. Corriente medida = 0.3 A CD.

12. Con el valor de 90 volts y la resistencia de 300 Ω, calcula la corriente que pasa por esta resistencia ¿Cómo es la corriente con respecto a lacorriente medida? Es parecida.

15. Voltaje medido = 120 V CD.

17. Con la resistencia de 600Ω y la corriente de 0.2 Amperes, calcula el voltajequealimentaalcircuito¿Cómoeselvoltajecalculadoconrespectoalvoltajemedido?Es similar.

19. Resistencia equivalente = 200 Ω.

21. Desconecta el circuito sin mover de posición los interruptores del móduloEMS8311.Utilizaelohmímetroparamedirlaresistenciaequivalentedel circuito. ¿Cómo es el valor de la resistencia calculada y la resistencia medida? Es similar.

Preguntas

1. ¿Cuál será la cantidad de flujo de corriente que circula por un circuitoque es alimentado por una fuente de alimentación de 100 volts y tieneunaresistenciade20Ohms?

R= I = 100 V / 20 Ω = 5 Amperes

2. ¿Qué cantidad de voltaje se requiere para hacer que se presente unflujodecorrientede2amperesatravésdeunaresistenciade60Ohms?

R= E = 2 A x 60 Ω = 120 Volts

3. ¿Qué valor de resistencia se requiere en un circuito que es alimentadocon una tensión de 100 volts, para que se obtenga una corriente de 5amperes a través de él?

R= 100 V / 5 A = 20 Ω

55

Capítulo 1

Práctica 4.

8. Compara los resultados obtenidos ¿Qué diferencia existe entre ellos?¿Porqué?

R= Los valores obtenidos con el voltímetro son menores a los obtenidos con el osciloscopio, debido a que el voltímetro nos proporciona un valor rms, mientras que el osciloscopio nos proporciona un valor pico a pico.

10. Vpp (A-B) = 9.34 Volts. f= 60 Hz.

11. Vpp (B-C) = 4.24 Volts. f= 60 Hz.

12. ¿Qué sucede con el valor de voltaje en los puntosA – B yB –Cdelcircuito?

R= Los valores de voltaje son diferentes, debido a que los valores de resistencia también lo son, por lo que varia la caída de tensión.

13. ¿Qué sucede con la frecuencia en los puntos A – B y B – C delcircuito?

R= Los valores de frecuencia son iguales en ambas mediciones, debido a que las resistencias no modifican la frecuencia de la fuente de alimentación.

Terminales.

A – D

B – D

C - D

Volts con el voltímetro.

5.8 V

2.5 V

1.0 V

Volts con el osciloscopio.

16.4 Vpp

7.07 Vpp

2.83 Vpp

56

Capítulo 1

Preguntas

1. Una señal en el osciloscopio tiene una amplitud de 4 divisiones, y una longitud de onda de 6 divisiones, si la perilla de Time / div., seencuentraen .5mseg./div., laperilladeamplitudestáen50mv/div,yla atenuación de la punta de prueba es X10, calcula el valor pico a pico y la frecuencia de la señal, utilizando las fórmulas respectivas.

R= Vpp = 2 Volts T = 0.003 seg f = 333.33 hz

57

Capítulo 1

Respuestas a la autoevaluación

1. b

5. a

9. c

13. b

17. c

2. d

6. b

10. a

14. a

18. d

3. c

7. c

11. d

15. d

19. a

4. a

8. d

12. c

16. b

20. c

59

Capítulo 2

Capítulo 2 Instalación y operación de generadores y

motores eléctricos

Propósito

Instalar y operar generadores y motores eléctricos de acuerdo con sus características de funcionamiento y las especificaciones del fabricante, para su implementación en diversos campos.

61

Capítulo 2

IntroducciónEl presente módulo corresponde al núcleo de formación profesional, es de

tipo específico y se imparte en el tercer semestre de la carrera de Profesional TécnicoyProfesionalTécnico-BachillerenElectricidadIndustrial,ysufinalidadesquerealiceslainstalacióndegeneradoresymotoreseléctricos,considerandoelprocedimiento y las variaciones de instalación de acuerdo a su tipo y capacidad.

Estemóduloestáconformadoportresunidadesdeaprendizaje.Laprimeraunidadabordalosfundamentoseléctricosquerigenalosgeneradoresymotoreseléctricos, así como los diferentes tipos de generadores y motores eléctricos, la segunda unidad considera las técnicas de instalación de generadores y motores eléctricos, de acuerdo con las especificaciones del fabricante y finalmente la tercera unidad, donde se describen las técnicas de operación de los generadores y motores eléctricos.

Aquí aprenderás adesarrollar las competencias que te permitan instalar,manejar,operar,diagnosticaryproporcionarelmantenimientodelosdiferentesequiposeléctricosnecesariosenlosprocesosindustriales,ademásdemejorarel funcionamiento de los diversos sistemas, validando la operación e instalación y de los diversos sistemas eléctricos, lo que te permitirá tomar diferentesdecisionesdurantelainstalación,operaciónymantenimientodelosequiposysistemas eléctricos.

63

Capítulo 2

Unidad 1 Identificación de los tipos de generadores y motores eléctricos

RAP* Identifica los tipos de generadores eléctricos de acuerdo a su aplicación

1.1.1 Motores y generadores eléctricos

Los motores y los generadores eléctricos es un grupo de aparatos quese utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, a partir de principios electromagnéticos.

Una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se ledenomina generador, alternador o dinamo, mientras que una máquina queconvierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor.

Tanto los generadores como los motores eléctricos se basan en dos principios físicos básicos:

a) Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula unacorriente de intensidad variable, se establece o se induce una corriente eléctrica en el primer conductor.

b) Si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campomagnético,ésteejerceunafuerzamecánicasobreelconductor.

El campo magnético de un imán permanente, sólo tiene fuerza suficiente comopara hacer funcionar undinamopequeñoomotor. Por esta razón se

1.1

64

Capítulo 2

empleanelectroimanesenlasmáquinasgrandes.

Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades básicas: el inductor, el cual crea el campo magnético y por lo general suele ser un electroimán, ylaarmaduraoinducido,queesunaestructuraquesostienelosconductoresquecortanelcampomagnéticoytransportalacorrienteinducida(enelcasode un generador, o la corriente de excitación en el caso de ser un motor). La armaduraesporlogeneralunnúcleodehierrodulcelaminado,alrededordelcual se enrollan cables conductores de alambremagneto, un ejemplo de laconstrucción de los motores eléctricos se muestra en las figuras 1 y 2.

1.1.2 Tipos de generadores eléctricos

Los generadores eléctricos se clasifican de dos formas: generadores eléctricos de CC o generadores eléctricos de CA.

Los generadores eléctricos de CC se caracterizan por estar formados por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales enel rotor (inducido) y conectadas a los segmentos adecuados de un colector dedelgasmúltiple.Lasescobillasconectansiempre labobinaquesemuevea través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamenteconstante.

Aquí, el electroimán se excita por una corriente independiente o porautoexcitación, es decir, la propia corriente producida en el dinamo sirve para crear el campo magnético en las bobinas del inductor. Existen tres tipos de generadores de acuerdo a la forma en la que se encuentrenconectados tanto el inductor y el inducido: conexión en serie, conexión en derivaciónyconexiónmixtaocompuesta(Fraile,M.2003).

Ungeneradorsimplesinconmutadorproduceunacorrienteeléctricaque

Figura 1. Partes de un motor

Inducido

Inductor Figura 2. Construcción física de un motor

65

Capítulo 2

cambia de sentido a medida que gira la armadura. Este tipo de corrientealternaes ventajosapara la transmisióndepotenciaeléctrica, por loque lamayoría de los generadores eléctricos son de este tipo. En su forma más simple, la diferencia entre un generador de CA y uno de corriente continua estriba en sólo dos aspectos: los extremos de la bobina de su armadura están sacados a los anillos colectores sólidos y las bobinas de campo se excitanmedianteunafuenteexternadeCCmásqueconelgeneradorensí.

Los generadores de CA de baja velocidad se fabrican con hasta 100polos,paramejorarsueficienciayparalograrconmásfacilidadlafrecuenciadeseada. Los alternadores accionados por turbinas de alta velocidad, sin embargo, son a menudo máquinas de dos polos. La frecuencia de lacorriente que suministra un generador de CA es la de la red a la que seconecta, en nuestro caso aproximadamente a 60 Hz lo que supone en ungenerador de dos polos 3000 rpm.

A veces, es preferible generar un voltaje tan alto como sea posible.Las armaduras rotatorias no son prácticas en este tipo de aplicaciones, debido a que pueden producirse chispas entre las escobillas y los anilloscolectores, ya que pueden producirse fallos mecánicos que podrían causarcortocircuitos. Por tanto, los alternadores se construyen con una armadura fija en la que gira un rotor compuesto de un número de imanes de campo(Chapman,J.2005).

Lacorrientequesegeneramediante losalternadores,aumentahastaunpico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez acero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la queesté diseñada lamáquina. Este tipode corriente se conoce como corrientealterna monofásica.

Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas se producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica, lafigura3,muestralostiposdegeneradoresqueexisten.

66

Capítulo 2

Figura 3 Generador CA y CC

RecuerdaLos generadores de corriente continua se caracterizan por estar

formados por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduraslongitudinales en el rotor, y conectadas a los segmentos de un colector de delgas múltiple y éstos a las escobillas encargadas de colectar la energía producida. Mientras que los generadores decorriente alterna producen una corriente eléctrica que cambia desentido a medida que gira la armadura, dicha energía generada seobtiene en los anillos rozantes y se saca del generador a través de los carbones.

Generador de C.A Generador de C.C.

EscobillaMasa polar

Anillo Aislante 1/2 anillo

Escobilla

Conductor del inducido

67

Capítulo 2

1Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

Instrucciones: Identifica las partes del generador y su tipo en función de las partes señaladas.

Partes del generador:

A=

B=

C=

D=

E=

Tipo de generador:

Partes del generador:

A=

B=

C=

D=

E=

Tipo de generador:

68

Capítulo 2

1.1.3 Tipos de motores eléctricos

Los motores eléctricos son máquinas a dinamo que convierten energíamecánica en energía eléctrica, sentando las bases de los recursos energéticos mundialeshoyendía.Tantoenlaelectricidadindustrialcomoeneltransporte,losmotoreseléctricoshanpermitidounimportanteahorrodeenergía,yaqueposibilita el almacenamiento de electricidad con mayor facilidad que otrosdispositivosenquelaenergíasimplementeseconsume(FraileMáquinas eléctricas [Madrid2003]).

El principio físico del funcionamiento de los motores eléctricos consiste en: quetodacorrientequecirculaporunconductoreléctricotiendeadesplazarseen forma perpendicular a la línea de acción del campo magnético. Este campo y la corriente eléctrica interactúan determinando cómo se convierte un tipo de energía en otro. En estos casos el conductor funciona como imán eléctrico y se lo denomina rotor, en tanto funciona con movimiento giratorio (Fraile Máquinas eléctricas [Madrid2003]).

Los principales tipos de motores son los de corriente alterna o los de corriente continua, como el que se muestra en la figura 4. Estos últimosse clasifican según su conexión: motor en serie, compound, shunt, motoreléctrico sin escobillas, motores paso a paso y motor sin núcleo. Estos motores han revolucionado la industria por lo económicos y lo fácilmenteadaptables en términos de posición. Sin embargo, han sido superados,luego del advenimiento de la electrónica, por los motores de corriente alterna, que permiten una regulación de la velocidad más económica anivel industrial.

Motor de corriente continua

Figura 4 Motor de corriente continua

Devanado de armadura

ConmutadorNúcleo de armadura

Rotor

Eje o flecha Imán permanente

Cojinetes

69

Capítulo 2

Estosmotorestienenunaestructurasimilaraunqueconalgunasdiferenciasen la disposición del rotor. Los motores de corriente alterna se clasifican en asincrónicos (o de inducción), sincrónicos y colectores. A su vez pueden ser monofásicosotrifásicos.(ChapmanMáquinas eléctricas [México2005]).

Motores de inducciónLos motores de inducción no necesitan escobillas ni colector. Su armadura

es de placas de metal magnetizable. El sentido alterno de circulación de la corriente en las espiras del estator, genera un campo magnético giratorio que arrastra las placas de metal magnetizable haciéndolas girar. El motorde inducción es el motor de corriente alterna más utilizado, debido a su fortaleza y sencillez de construcción, buen rendimiento y bajo costo asícomo a la ausencia de colector y al hecho de que sus características defuncionamiento se adaptan bien a una marcha a velocidad constante (verfigura 5).

Motores sincrónicosLosmotoressincrónicoscomoelquesemuestraenlafigura6,funcionana

unavelocidadsincrónicafijaproporcionalalafrecuenciadelacorrientealternaaplicada.Suconstrucciónessemejantea lade losalternadores,cuandounmotor sincrónico funciona a potencia constante y sobreexcitado la corriente absorbida por éste presenta, respecto a la tensión aplicada, un ángulo de desfaseenavancequeaumentaconlacorrientedeexcitación.Estapropiedadhamantenidolautilizacióndelmotorsincrónicoenelcampoindustrial,peseaserelmotordeinducciónmássimple,máseconómicoydecómodoarranque,ya

Figura 5. Motor de inducción

Tapa delantera

Flecha

Rotor jaula de ardilla

Interruptor centífugo Balero

Carcaza Tapa trasera

Motor de induccion

70

Capítulo 2

queconunmotorsincrónicosepuedecompensarunbajofactordepotenciaenlainstalaciónalsuministraraquéllacorrientereactiva,deigualmaneraqueuncondensador conectado a la red (ChapmanMáquinas eléctricas [México2005]).

El problema de la regulación de la velocidad en los motores de corriente alternaylamejoradelfactordepotenciahasidoresueltademaneraadecuadacon los motores de corriente alterna de colector. Según el número de fases de lascorrientesalternasparalosqueestánconcebidoslosmotoresdecolectorseclasifican en monofásicos y polifásicos, siendo los primeros los más utilizados. Los motores monofásicos de colector más utilizados son los motores serie y los motoresderepulsión.(ChapmanMáquinas eléctricas [México2005])

Recuerda: Los motores eléctricos son máquinas a dinamo que convierten energía

mecánicaenenergíaeléctrica,suprincipiodefuncionamientoconsisteenquetoda corriente que circula por un conductor eléctrico tiende a desplazarseen forma perpendicular a la línea de acción del campo magnético. Este campo y la corriente eléctrica interactúan determinando cómo se convierte un tipo de energía en otro. Existen dos tipos fundamentales de motores eléctricos, los de corriente alterna y los de corriente directa, cada uno de ellos con aplicaciones específicas.

Figura 6 Motor síncrono

Motor sincrono

CarcazaCorona del rotor

Núcleo polarBornes de exitación

Escobillas

Anilloscolectores

Bornes deinducido

Estator

Entrehierro

Eje

Conductores deexitación

Conductores deinducido

71

Capítulo 2

2Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

Instrucciones: identifica el tipo de motor eléctrico de acuerdo a la constitución de cada uno de ellos.

Partes del motor:

A=

B=

C=

D=

E=

Tipo de motor:

Partes del motor

A=

B=

C=

D=

E=

Tipo de motor:

72

Capítulo 2

Partes del motor:

A=

B=

C=

D=

E=

Tipo de motor:F=

G=

H=

I=

J=

K=

L=

73

Capítulo 2

Unidad 2 Instalación de generadores y motores eléctricos

RAP* Instala generadores eléctricos de acuerdo a las especificaciones del fabricante

2.1.1 Instalación de los generadores y motores eléctricos

En la instalación de los generadores y motores eléctricos, debe de cuidarse que el diseño sea adecuado para el funcionamiento a 40ºC comomáximo y para una altura de 1000 m sobre el nivel de mar, de acuerdo con la norma BS5000, por lo que a temperaturas en exceso de 40ºCy alturas por encima de 1000 m requieren una reducción de potencia.Factores como la potencia y la temperatura ambiente figuran en la placa decaracterísticasdeestasmáquinas, esto lopuedesconstatarencualquierplaca de características de algúnmotor que se encuentre en tu casa o enla escuela

Existen generadores y motores en los cuales la refrigeración es por aire medianteventilador incorporado,protegidoporrejilladeantigoteo.Noestánprevistos para uso en la intemperie, excepto que estén adecuadamenteprotegidos. Se recomienda conectar una calefacción de anticondensación durante el almacenamiento y en grupos de emergencia para proteger los devanadoscontralahumedad.

Los generadores y motores instalados dentro de carrocerías no deben trabajarcon temperaturaenexcesoa lamencionada, sinhaberconsideradopreviamente la reducción de la potencia nominal.

La carrocería tanto de los generadores como de los motores debe estar hecha de tal forma, que la aspiración de aire para el motor deaccionamiento esté separada del conducto para la aspiración de aire del generador, especialmente cuando el ventilador del radiador es de tipo aspirante. Adicionalmente debe evitarse que el generador aspire airehúmedo.Paraevitarlopuedeninstalarsefiltrosdeairededosescalones.

2.1

74

Capítulo 2

Lassalidas/entradasdeairedebendarcomocaudalesmínimosycaídasdepresión máximos los mencionados en la tabla 1a, donde también se proporciona la tabla de designación 1b.

UC Alternadores de serieUCD Gama dedicadaI Aplicaciones, M = MarinasI = Industriales22 Altura de centro 22 o 27 mm4 Número de polos, 4 o 6C Tamaño del núcleo2 Número de rodamientos, 1

El equilibrado dinámico del conjunto rotor es efectuado duranteel proceso de fabricación, tal como lo establecen las normas BS 6861yBS4999.

Las principales frecuencias de vibración, producidas por el generador son las siguientes:

4 polos 1500 rpm 25 Hz4 polos 1800 rpm 30 Hz

Tabla 1b

Tabla 1a

75

Capítulo 2

No obstante, las vibraciones inducidas por el motor de accionamiento son de naturaleza compleja y contienen frecuenciasde 1, 3, 5 o más veces de la frecuencia fundamental de vibración.

Porotrolado,laalineacióndelosgeneradoresdeunsólocojinetees crítica ya que pueden producirse vibraciones a consecuenciade la flexión de las bridas entre motor y generador, por lo quela flexión en este punto no debe ser superior a 140 Kgm, debido a esto se requiere una bancada robusta, dotada de apoyo consoportes mecanizados entre motor / generador y bancada paraasegurar una alineación perfecta.

Enelcasodelosmotores,paraajustarsuposiciónsedebenutilizantornillos gatos, calzas o suplementos, etc. Al ajustar la posición delmotoresnecesariotenerelcuidadodecomprobarquecadaunadesuspatas tenga los suplementos necesarios antes de apretar los tornillos, demodoquesólosepuedeintroducirenelgrupodecalzasunahojadecalibracióndenomásde0.05mmdeespesor(verfigura7).

Figura 7 Instalación de

motor y generador alineado

76

Capítulo 2

Figura 8 Alineación de máquinas eléctricas

2.1 RAP* Instala generadores y motores eléctricos de acuerdo a las especificaciones del fabricante.

Uno de los problemas con los que te puedes encontrar al momento derealizar la instalación de generadores y motores eléctricos es la alineación de éstos, ya que el propósito principal de la alineación es la de realizarun correcto alineamiento de maquinaria, proporcionando a los equipos unestado funcional adecuado que les permita alargar tanto su vida útil, comola de sus partes constitutivas.

Además,esnecesarioproteger lasmáquinascompañerasde losmotorescontra cargas innecesarias y dañinas dentro de un proceso específico, para poder minimizar los costos operacionales y de mantenimiento relacionados al funcionamiento de cualquier tren de máquinas en cuestión, teniendo elalcance de lograr una colinealidad precisa entre las dos líneas centrales imaginarias que unen los ejes de maquinas distintas en un mismo tren demaquinas.

Ejemplosdepartesconsecutivasdeunamaquinariason:

a. Los rodamientos. b. Ejes. c. Acoples.d. Muñoneras. e. Bases, entre otros.Comoconsecuenciadeloanterior,es imprescindiblequeparaelproceso

dealineamientoseutilicendiferentesmétodos,equiposytecnologíasacordeconlasexigenciasactualesdeeficienciaparacadaoperaciónquerealizaunamáquina(verfigura8).

77

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

1Alinea la bancada con un indicador para la instalación de una maquina eléctrica

Propósito: realiza las pruebas eléctricas, mecánicas y de funcionamiento de motores eléctricos como parte del procedimiento de liberación y entrega al usuario.Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad. Duración: 2horas.Contenido teórico: debes tomar en consideración que en la instalaciónde los generadores y motores eléctricos, es necesario realizar diferentes pruebas en el momento del montaje de éstos con la finalidad de evitarlas vibraciones al máximo, además de considerar que dicho montaje seael adecuado de acuerdo al tipo de enfriamiento de la máquina y quela alineación de ésta al estar acoplada a otra sea la correcta con la finalidad de obtener la máxima eficiencia de operación.Desarrollo: realiza las pruebas eléctricas, mecánicas y de funcionamiento enelmontajedemotoreseléctricosparasufuncionamiento.Material y/o equipo: · Escoba. · Estopa. ·Tuercasdesujeción. ·Tornillos(deacuerdoaltipodeanclajeautilizarenlamáquina). ·JuegodeLainas. · Indicador de carátula con base magnética. · Nivel. · Generador y motor eléctricos. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.

78

Capítulo 2

Procedimiento:1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.

2. Utiliza el equipo de protección personal, aplicando las medidas deseguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica.

3.Seleccionaelequipoyherramientaparaverificareláreadeinstalación.

4.Colocaelsoportedelindicadorsobrelaflechaosobreelacoplamiento.

5.Fijalacadenaalaargolladelaextremidaddelsoporte.

6. Pasa la cadena alrededor de la flecha y fija el tensor para unmontajerígido.

7.Atornillaunavarillademetalenelsoporteyfijaelindicador.

8.Realizalaalineaciónangularvertical.

a. Coloca el sensor del indicador a las 12 hrs ajustando la carátula a cero.b. Gira el acoplamiento para desplazarse a las 6 hrs obteniendo la dimensión.c. Calcula el valor de la corrección con la fórmula.

Donde:

A=Diámetrofuncionaldelacoplamiento.

B=Distanciaentresoportedelanteroytrasero.

C=Desviaciónverticalangular.

D=Valordelacorrección.

d. Afloja los soportes delanteros o traseros según sea el caso.e .Instala las cuñas apropiadas según el cálculo.f. Aprieta los soportes a la tensión apropiada de acuerdo con el tipo de tuerca.

9. Realiza la alineación paralela vertical.

g. Coloca el sensor del indicador perpendicularmente sobre el exterior del acoplamiento a las 12 hrs ajustando la carátula a cero.h. Gira el acoplamiento para alinearlo con el indicador obteniendo la lectura.i. Determina el tipo de desviación de acuerdo con la diferencia de altura.j. Divide el valor de la lectura en dos partes para determinar el

D = B x C

A

79

Capítulo 2

valor de las cuñas.k. Instala las cuñas siguiendo el procedimiento de instalación o quita las cuñas necesarias según sea el caso.l.. Toma nuevamente la lectura a las 12 hrs y 6 hrs, observando que no se exceda la tolerancia de ± 0.001 plg. o 0.025 mm.

10.Realizalaalineaciónparalelahorizontal.

m. Coloca el acoplamiento y el indicador en posición, ajustando la carátula a cero y el sensor perpendicular al eje del acoplamiento en la posición de 3 hrs.n. Instala dos indicadores de carátula horizontalmente sobre el costado de la máquina para controlar el desplazamiento.o. Gira el acoplamiento y el indicador en la posición 9 hrs, obtén la lectura dividiéndola en dos partes para obtener el valor de la corrección.p. Afloja ligeramente los soportes para la alineación.q. Desplaza la máquina hacia las 9 hrs 3 hrs según el caso con los tornillos de ajuste.r. Controla el desplazamiento con los indicadores instalados en los soportes.s. Verifica constantemente la lectura de las 3 hrs y 9 hrs, considerando no exceder de la tolerancia de ± 0.001 o ± 0.02 mm.t. Verifica la posición de las cuñas para apretar los soportes cuidando de no variar la lectura de la carátula en los soportes.u. Quita la tensión de los tornillos de ajuste para terminar.

11. Guarda y limpia el equipo y laherramientautilizados.


Mala alineación

Buena alineación

80

Capítulo 2


1. ¿Cuáles son las desventajas de los motores de inducción de bajavelocidad, acoplados directamente?

2. ¿Qué tipo de motor de CA es satisfactorio para acoplar directamente y usarlo con un número bajo de rpm, para las potencias más grandes encaballos de fuerza?

3. ¿Cuáles son las tres posiciones para las transmisiones de energía acopladasdirectamente, ypormediodebanda,quesedebenalinearparaobtener el servicio más satisfactorio y duradero.

4. Una máquina se entregó para instalarse con una polea de 2 pulgadas(5.1 cm) en el motor; una polea de 6 pulgadas (15.3 cm) en la carga; y la placa de características delmotor indica 1800 rpm. ¿a cuántas rpm debegirarlamáquina?Utilizalasiguienteecuación:

5. Si un motor funciona a 3600 rpm, la carga impulsada a 400 rpm, y el motor tiene una polea de 4 pulgadas (10.1 cm), determina el tamaño de la polea de la carga impulsada. Utiliza la siguiente ecuación.

RPM del motorRPM de la máquina impulsada

Diámetro de la polea de la máquina impulsadaDiámetro de la polea del motor

=

RPM del motorRPM de la máquina impulsada

Diámetro de la polea de la máquina impulsadaDiámetro de la polea del motor

=

81

Capítulo 2

2.1.3 Instalación de motores eléctricos

Otroproblemaquepuedesencontraralmomentoderealizarlainstalacióndelosmotoreseléctricoseslavibración,porloquetienesquesaberanalizary diagnosticar el estado de una máquina para determinar las medidasnecesarias para corregir esta condición, de talmanera que se logre reducirel nivel de las fuerzas vibratorias no deseadas y no necesarias. Dado lo anterior,esnecesarioquesepas identificar lasamplitudespredominantesdela vibración, la determinación de las causas, y la corrección del problema queellasrepresentan.

Vibraciones

Una vibración se puede definir, en términos generales, como el movimiento oscilatorio de las partículas de un sólido, existen diferentes tipos de vibración claramente diferenciados tales como las vibraciones deterministas y las vibraciones aleatorias. Las primeras se definen por medio de ecuaciones matemáticas, las cuales expresan la forma de evolución con el tiempo del parámetro correspondiente, las segundas consisten habitualmente enoscilaciones periódicas causadas por las imperfecciones asociadas al propio diseño,manufacturaofuncionamientodelasmáquinas3.

Figura 8. Analizador de vibraciones

3. Fernández, Manes. (et. al). Técnicas para el mantenimiento y diagnóstico de máquinas

eléctricasrotativas.MarcomboS.A,Barcelona,1998.

El análisis de vibraciones no puede realizarse en cualquier lugar de lamaquinaria, ya que hay partes quepueden mostrar un dato más exacto y confiable. Primero deben ubicarse los llamados puntos de prueba con ayuda del transductorquedebesercolocadolomáscerca posible de los puntos de rodamiento, con metal sólido entre el rodamiento y eltransductor,yaquenodebeutilizarsedirectamente sobre el rodamiento. Para llevar a cabo el análisis de vibración de las máquinassedebeanalizarlaorientaciónde lossensoresdevibraciónpor loquees muy útil obtener dato de cada punto de medición en tres direcciones, estas direcciones se conocen como axial, radial ytangencial(Verfigura8).

Fuente de alimentación

+ 20 V

0 V

Led indicador de funcionamiento

normal

Salida de señal para analizador de

vibraciones

Hasta 20 mts

Acelerómetro Standard100 mV/g o 500 mV/g

Comunicación RS485 MOD BUSContacto seco de alarma

2 salidas 420 mA

82

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

2Mide vibraciones mecánicas, realiza la alineación de generadores y motores eléctricos

Propósito: realiza la medición de vibraciones mecánicas así como de la alineación de poleas y bandas de las máquinas eléctricas rotatorias, deacuerdo con las condiciones del lugar a instalar utilizando la herramientayequiposnecesarios.Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad. Duración:3horas.Contenido teórico: esnecesarioquetomesencuentaqueenlainstalaciónde los generadores y motores eléctricos se requiere de una alineacióncorrecta de lasmáquinas, con la finalidad de que se evite la proliferaciónde vibraciones de tal manera que estas puedan ser detectadas con elequipoadecuadoparapodersolucionarlas.Desarrollo: lleva a cabo la medición de vibraciones mecánicas en las máquinas rotativas, para determinar la alineación correspondiente con elfin de solucionar este problema.Material y/o equipo: · Escoba. · Estopa. ·Tuercasdesujeción. ·Tornillos(deacuerdoaltipodeanclajeautilizarenlamáquina). ·JuegodeLainas. ·Medidordevibracionesmecánicas. · Captor de vibraciones mecánicas (Acelerómetro). ·Equipodealineaciónláser. · Generador y motor eléctricos. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.

83

Capítulo 2

Procedimiento:1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.

2.Utilizaelequipodeprotecciónpersonal,tomandoencuentalasmedidasdeseguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica.

3 .Seleccionaelequipoyherramientaparaverificarelestadodealineaciónyvibracionesmecánicasdelconjuntomotor–generadoracoplado.

4.MarcaenlospuntosindicadosporelPSP(puntosdesoportedelaflechaoen las tapasdelmotoryelgeneradordondesealojan los rodamientos),los puntos de medición para colocar el captor de vibraciones mecánicas.

5. Numera los puntos marcados para generar la ruta de inspección de vibraciones mecánicas.

6. Indica los parámetros a medir en cada punto de medición (desplazamiento, velocidad, aceleración).

7. Incluye la ruta en el medidor de vibraciones mecánicas registrandotodos los parámetros a monitorear.

8. Pon en marcha el conjunto motor – generador y espera hasta que elconjuntoseestabilice.

9. Inicia la ruta de vibraciones colocando el captor en el primer punto de medición.

10. Guarda las lecturas realizadas por el captor en el medidor de vibraciones mecánicas.

11.Continúalarutahastaterminarlas.

12.Desenergizaelconjuntodemotor–generador.

13. Descarga la información en la PC.

14.Aflojadostornillosdeunadelastapas.

15.Ponenmarchanuevamenteelconjuntomotor–generador.

16. Realiza una nueva ruta de vibraciones.

17.DescargalainformaciónenlaPC.

18.Desenergizaelconjuntodemotor–generador.

19. Interpreta los resultados.

20.Para laalineación láserdebesdecerciorartequeelconjuntodemotor–generadorestécompletamentedesenergizado.

21. Coloca los captores a ambos lados de la unión rígida entre el motor y el generador.

84

Capítulo 2

22.Ajustaelcaptoryelreflector.

23.Enciendeelequipodealineación.

24. Toma la lectura y coloca lainas en los soportes del conjuntomotor –generadorcomoloindiquelapantalladelequipodealineación(Verfigura9).

25.Repitelaoperaciónhastaqueelequipoquedetotalmentealineado.

26.Limpiayguardaelequipoyherramientautilizadosenlapráctica.


1.¿Quéherramientasespeciales,queordinariamenteno llevael instalador,se necesitan para alinear un conjunto de moto-generador directamenteacoplado?

2. ¿Cuál es el número de rpm bajo del cual se emplean rara vez losmotores de inducción?

3. ¿Cómo se controla la frecuencia de la CA en un alternador?

4. Si varios motores que impulsan un sistema elevado de transportadorse conectaran a una línea de alimentación de frecuencia variable, y la frecuencia se cambiara de 40 a 80 ciclos ¿Cuál sería el efecto de lavelocidad en los motores?

Figura 9. Monitoreo y alineación de una máquina.

85

Capítulo 2

Unidad 3 Operación de generadores y motores eléctricos

RAP* Opera generadores y motores eléctricos de acuerdo a las recomendaciones del fabricante

Los motores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos quese utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, a través de medios electromagnéticos. A una máquina que convierte laenergía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dinamo, mientras que una máquina que convierte la energía eléctrica enmecánica se le denomina simplemente motor.

Sondos losprincipios físicos relacionadosentresíquesirvendebasealfuncionamiento de los generadores y los motores eléctricos (figura 10). El primeroeselprincipiodelainduccióndescubiertoen1831porelcientíficoeinventorbritánicoMichaelFaraday.Estecientífico logróestablecerquesiunconductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidadesdeuncircuitodeconducciónfijocuyaintensidadpuedevariar,seasienta o induce una corriente en el conductor, estableciéndose así el principio del generador eléctrico, por otro lado, el principio opuesto a éste fue observado en1820porelfísicofrancésAndréMarieAmpere,quienestablecióquesiunacorriente pasaba a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste ejercíaunafuerzamecánicasobreelconductor,estableciéndoseasíelprincipiodel motor eléctrico (figura 10).4

3.1

Figura 10Salida a la carga

Salida a la carga

4.Mileaf,Harry.Electricidadserie1–7.Vol.6Editorial.Limusa,México.1981.

Bobinas deArmadura

Campo rotatorio (4 polos)

N

NSS

86

Capítulo 2

3.1.1 Operación de generadores eléctricos.

UnamáquinadeCD,puedefuncionaryaseacomomotorocomogenerador,como ya sabes, el convierte la potencia eléctrica en potencia mecánica mientras queelgenerador transforma lapotenciamecánicaenpotenciaeléctrica,portantoelgeneradordebeserimpulsadomecánicamenteparaquepuedaproducirelectricidad (ver figura 11).

Puestoqueelcampoesunelectroimán,unacorrientedebefluiratravésdeél para producir un campo magnético. Esta corriente se conoce como corriente de excitación y se puede suministrar al devanado del campo magnético en dos formas: puede provenir de una fuente externa independiente de CD, en cuyo caso el generador se clasifica como generador con excitación independiente, o bien puede provenir de la propia salida del generador, en cuyo caso se denomina generador con auto-excitación.

Por otro lado, cuando el devanado de campo se conecta en serie con el devanadodearmadura,setendráungeneradorenserie,aquí,lacorrientedeexcitaciónquepasaporeldevanadodecampo,eslamismacorrientequelaqueelgeneradorproporcionaalacarga,porloquesilacargatieneunaresistenciaalta, se genera un voltaje de salidamínimo debido a la corriente de campo mínima. En un circuito abierto, el generador proporciona un mínimo de voltaje de salida, debido a sumagnetismo remanente. Si la carga toma más corriente, la corriente de excitación aumentará, haciendoel campo magnético más intenso, haciendoqueelgeneradorproduzcamásvoltajedesalida.

Finalmentecuandolosdevanadosserieyderivaciónseconectanparaqueestosserefuercenentresí,setendráelgeneradorcompuesto,debidoaquealaumentar la corriente de carga, disminuye la corriente en el devanado de campo en derivación y por lo tanto se reducirá la intensidad del campo magnético. No obstante,sisehacepasarporeldevanadodecamposerielacorrientedecargaquetendráelmismoincremento,entoncesaumentarálaintensidaddelcampomagnético. 5

Figura 11 Motor y generador acoplados

5. Wildi, Theodore. Máquinas eléctricas y sistemas de potencia . 6ª edición, Pearson Educación. México,

2007

87

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

3Realiza la conexión y operación de generadores de corriente continua en serie, derivación con excitación independiente y auto-excitación y compuesto

Propósito: conecta un generador de corriente continua en serie, derivación y compuesto de acuerdo con sus especificaciones, utilizando lasherramientayequiposnecesarios.Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad. Duración: 6horasContenido teórico: esnecesarioquetomesencuentaquelosgeneradorespueden ser instalados en tres formas diferentes ya sea en serie, en cuyo devanado de campo se conecta en serie con el devanado de la armadura, en la conexión en derivación con excitación independiente el devanado de campe en derivación es alimentado por una fuente de CD externa, en la conexión en derivación con auto-excitación, el devanado de campo se conecta ala salida del generador, ya se conectándose directamente a la salida, en serie con esta o bien, utilizando una combinación de ambas conexiones, y la conexión del generador compuesto, el la cual los dos devanados de campo, tanto el devanado en derivación y en serie, se conectandetanmaneraqueloscamposmagnéticosserefuerzanentresí.Desarrollo: realiza la conexión y operación de un generador de CD, en serie, derivación y compuesto, con la finalidad de determinar sus características.Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120/208V,3Ø,120Vcd,0–120vcd) ·MódulodemedicióndeCD(20/200V,2.5A) ·MódulodemedicióndeCA(2.5/2.5/2.5A) ·Módulodemotor/generadordeCD. ·Módulodemotor/generadorsíncrono. · Dos módulos de resistencia (300 Ω, 600 Ω, 1200 Ω). ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. · Tacómetro de mano. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima.

88

Capítulo 2

·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.

Procedimiento

1. Aplica las medidas ecológicas en el desarrollo de la práctica.

2. Emplea el equipo de protección personal, aplicando las medidas deseguridadehigieneduranteeldesarrollodelapráctica.

3. Utilizarás el motor síncrono para impulsar mecánicamente al generador deCD,debidoaqueestemotormantiene su velocidadde funcionamientoconstante.

4.Conectaelcircuitomostradoenelesquema1.


Esquema 1 Conexión de la máquina síncrona

R=150 ohms

0-2.5 A CA

208 V CA

208 V CA

120 V CD

A

A

A

89

Capítulo 2

5. Las terminales 1, 2, y 3 de la fuente de alimentación proporcionan la potencia trifásica fija para los tres devanados del estator de la máquinasincronía. Mientras que las terminales 8 y N proporcionan la potencia deCDfijaparaeldevanadodelrotordeestamismamaquina.

6. Gira la perilla de control del reóstato hasta que esté la posición paraunaexcitaciónnormal,esdecir,hastaquelascorrientesseanmínimas.

7.Midelosparámetrosdecorrientedecadalíneadelmotorsíncrono.

I1 = _________ Aca I2 = ________ Aca I3 = _________ Aca

8. Desenergiza el circuito del esquema anterior y conecta el circuito delesquema2.

9.AcoplalamáquinasincroníaalgeneradordeCDpormediodelabanda.

10. Cerciórate de que las escobillas del generador estén en la posiciónneutra.

11. Coloca los interruptores de los módulos de resistencia en vacío (todos los interruptores abiertos).

12. Conecta la fuente de energía. El motor debe empezar a girar.

13. Si el motor síncrono tiene un interruptor S, ciérralo en este momento.

14.Mideelvoltajedesalidadelgeneradorenvacío.

Esquema 2 Motor/generador de CD

conectado en serie

EA = Vcd

A

V

Campo serie 0 - 2.5 A CD

0 - 2o V CD

90

Capítulo 2

15. ¿A qué se de debe que exista voltaje en el circuito abierto?_____________________

16. Conecta una carga de 28.5 Ω en el circuito, cerrando todos los interruptores de resistencia de ambos módulos de resistencia, observa si aumenta EA.

17. Si no es así, desconecta la fuente de alimentación e intercambia loscables del campo serie en las terminales 3 y 4.

18. Ajusta las resistencias de carga tantas veces se necesite para obtenercada uno de los valores de la siguiente tabla 1.

19.MideyanotaEAeIAparacadavalorderesistenciadelatabla1.

20. Desconecta la fuente de alimentación.

21. Calcula y anota en la tabla 1, la potencia de cada resistencia indicada en la tabla 1.

22. Ahora conecta el generador de CD en derivación con excitaciónindependienteenvacío,talcomosemuestraenelesquema3.

RL (Ohms) IA (Amperes) EA (Volts) POTENCIA (Watts)

40.0

37.5

35.3

33.3

31.5

30.0

28.5

Tabla 1

91

Capítulo 2

23. Acopla el generador de CD a la máquina síncrona por medio de labanda.

24.Cercióratedequelasescobillasesténenlaposiciónneutra.

25. Energiza el circuito (cierra el interruptor S, si el motor síncrono lo tiene), el motor síncrono debe comenzara funcionar.

26. Varía la corriente de campo en derivación IF, girando la perilla decontrol de tensión de la fuente de alimentación de CD.

27.ObservalatensióndeEA.

28.Midelosparámetrosyanótaloslosresultadosenlatabla2.

29. Reduce a cero la tensión y desconecta la fuente de alimentación.

IF (miliamperes)E A (volts)

O

50

100

150

200

250

300

350

400

Tabla 2

Esquema 3 Generador de CD

con excitación independiente

A

V0 - 120 V CDCampo dederivación

0 - 500 mA CD

0 - 200 V CD

92

Capítulo 2

Esquema 4 Generador de CD con excitación independiante

30. ¿Puede explicar por qué se tiene un voltaje de armadura a pesar dequelacorrientedecampoescero?______________________________.

31.Ahoraconectaelcircuitodelsiguienteesquema4.

32.AjustaelvalordeRL=120Ω.

33. Energiza el circuito, el motor síncrono debe empezar a girar.

34. Ajusta la corriente de campo en derivación IF de tal forma que latensión de salida del generador sea de 120 VCD, el amperímetro IA debemarcar 1 A CD.

35. Anota la corriente de campo en derivación IF.

36. Esta es la IF nominal a la potencia nominal de salida (120 V x 1 A =120 Watts) del generador de CD.

37. Ajusta la resistencia de carga tantas veces como sea posible paraobtener cada uno de los valores que aparecen en la siguiente tabla 3,manteniendo el valor nominal de IF encontrado.

38. Mide y anota EA e IA para cada uno de los valores indicados enla tabla 3.

IF = mAcd

0 - 200 V CDV

AA

0 - 500 mA CD 0 -2.5 A CD

0 - 120 V CD

Campo dederivación

93

Capítulo 2


con autoexcitación


40. Calcula y registra en la tabla anterior la potencia para cada valor de resistencia indicado.

41. Ahora conecta el generador de CD con campo en derivación autoexcitable,comosemuestraenelcircuitodelesquema5.

42. Acopla la máquina síncrona al generador de CD por medio de labanda de acoplamiento.

43. Gira la perilla de control del reóstato de campo del generador de CD, en el sentido de las manecillas del reloj hasta la posición correcta, paraobtener una resistencia mínima.


600

300

200

150

120

100

80

75

Tabla 3

0 - 200 V CDV

AA

Capo enderivación

94

Capítulo 2

44.Asegúratedequelasescobillasestánenlaposiciónneutra.

45. Coloca los interruptores de los módulos de resistencia en la posición de abierto, con el fin de obtener la condición en vacío.

46. Conecta la fuente de alimentación, el motor debe empezar a girar.

47.SielmotorsíncronotieneelinterruptorS,ciérraloenestemomento.

48.ObservasielvoltajeEAseincrementa.___________.

49. En caso contrario, desconecta la fuente de alimentación e intercambia los cables del campo en derivación, en las terminales 5 y 6.

50.Mideelvoltajedearmaduraconelcircuitoabierto.

EA = ___________ V CD.

51. Gira un poco el reóstato de campo y observa si varía el voltaje dearmadura EA.

52. Coloca los interruptores de los módulos de resistencia de tal forma queRL=120Ω.

53. Ajusta el reóstato de campo hasta que el generador de un voltaje desalidaEAseade120Vcd.ObservaqueIAindica1Acd.

54. Este es el ajuste correcto del control del reóstato de campo para lapotencia nominal de salida (120 V x 1 A = 120 Watts) del generador deCD.

55. Ajusta la resistencia de carga las veces que se requiera para obtenercada uno de los valores anotados en la siguiente tabla 4.

95

Capítulo 2


compuesto


600

300

200

150

120

100

80

75

Tabla 4

56. Mide y anota los valores de EA e IA para cada valor de resistenciade la tabla anterior.

57.Desenergizaelcircuitoydesconectalafuentedealimentación.

58. Calcula la potencia para cada valor de resistencia y anota losresultados en la tabla anterior.

59. Ahora conecta el generador de CD en conexión compuesta, como semuestraenelcircuitodelesquema6.

0 - 2.5 A CD

0 - 200 V CD

Reóstato decampo

Armadura

Campo Serie

Campo en derivación

A

V

96

Capítulo 2

60. Acopla el motor síncrono al generador de CD por medio de la banda.

61. Ajusta el reóstato de campo del generador de CD, en el sentidode las manecillas de reloj, hasta la posición correcta para obtener unaresistencia mínima.

62.Cercióratedequelasescobillasesténenlaposiciónneutra.

63. Coloca los interruptores de los módulos de resistencia en la condición de vacío (todos los interruptores abiertos).

64. Conecta la fuente de alimentación, el motor debe empezar a girar.

65. Si el motor síncrono tiene el interruptor S, ciérralo en este momento.

66.ObservasiaumentaelvoltajeEA.__________.

67. Encasocontrario,desconecta la fuentedealimentacióne intercambiados de los tres cables de conexión del estator del motor síncrono.

68MideelvoltajedelaarmaduraEA=__________VCD.

69. Varía el valor del reóstato de campo y observa si el voltaje dearmadura EA varía.

70. Ajusta el reóstato de campo a un voltaje de salida EA = 120 V CDparacondiciónenvacío(IA=0A).

71. Ajusta la resistencia de carga las veces que sea necesario paraobtener cada uno de los valores de la siguiente tabla 5.


600

300

200

150

120

100

80

75

Tabla 5

97

Capítulo 2

72. Mide y anota los valores de EA e IA correspondientes a cada valorde resistencia indicados en la tabla anterior.

73.Desenergizaelcircuitoydesconectalafuentedealimentación.

74.Calcula la potencia para cada valor de resistencia y completa la tablaanterior.

75.Limpiayguardaelequipoyherramientautilizados.

76.Limpiaeláreadetrabajoalfinalizarlapráctica.

Resuelve los siguientes problemas

1. La resistencia del inducido con escobillas incluidas de un generador shuntde12Kv.,1200rpmy240V,esde¼Ω, y la resistencia del circuito shuntesde235Ω. Determina, para condiciones nominales en la carga:

a) Corriente de excitación (I-exc)

b) Corriente de armadura (I-a)

c) La fem de armadura (E-a)

d) La potencia disipada en el circuito de excitación

e) La potencia disipada en el circuito de inducido

2. Un generador compuesto de 50 Kw., 250 V y 1200 rpm, la resistenciadel inducido shunt de excitación es de 35Ω, la resistencia del circuito es de 0.01 Ω y la resistencia del inducido es de 0.056 Ω. Si la conexión es shuntlargaylacargaseencuentraencondicionesnominales,determina:

a) La corriente que el generador envía a la carga

b) La corriente shunt de excitación

c) La corriente en el circuito serie

d) La fem del generador

98

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

4Realiza la conexión y operación de un generador de corriente alterna

Propósito: conecta un generador de corriente alterna de acuerdo con sus especificaciones,utilizandolasherramientayequiposnecesarios.Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración: 4horas.Contenido teórico: esimportantequerecuerdesquelostérminosutilizadostales como generador de corriente alterna, generador síncrono, alternador síncrono y alternador, a menudo son utilizados de manera indistinta, los alternadores son la fuente más importante de energía eléctrica ya quegeneran un voltaje de CA cuya frecuencia depende totalmente de lavelocidad, de la excitación del campo de CD y del factor de potencia de la carga.Si se mantiene constante la velocidad de un alternador y se aumenta la excitación de campo de CD, el flujo magnético y, por tanto, el voltajede salida, aumentará en proporción directa a la excitación. No obstante, con incrementos progresivos en la corriente de campo de CD, el flujoalcanzará finalmenteun valor lo suficientementealtopara saturar el hierrodel alternador.La saturación del hierro significa que, para un incremento dado de lacorriente de campo de CD, se tendrá un incremento menor en el flujo,por lo que para conocer el grado de saturación se puede medir elvoltaje generado, ya que este también se relaciona directamente con laintensidaddelflujomagnético.Desarrollo: realiza la conexión y operación de un generador de CD, con la finalidad de determinar sus características de operación.Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120/208V,3Ø,120Vcd,0–120Vcd) ·MódulodemedicióndeCD(2.5A) ·MódulodemedicióndeCA(0–250V). ·MódulodemedicióndeCA(0-2.5A). ·Módulodemotordeinducciónjauladeardilla. ·Módulodemotor/generadorsíncrono. ·Módulointerruptordesincronización. · Dos módulos de resistencia (300 Ω, 600 Ω, 1200 Ω). ·Módulodeinductancia.

99

Capítulo 2

·Módulodecapacitancia. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. · Tacómetro de mano. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.

Procedimiento



3.Seleccionaelmaterialyequipoparaconectarelgeneradordecorrientealterna.

4. Conecta un generador de corriente alterna en vacío, tal como se muestraenelcircuitodelsiguienteesquema1.


100

Capítulo 2

Esquema 1

Motor jaula de ardilla

5. Acopla el motor jaula de ardilla al generador síncrono mediante labanda.

6. Ajusta el reóstato de campo del generador a una resistencia cero,girandolaperillaenelsentidodelasmanecillasdelreloj.

7. Coloca la perilla de control de voltaje de la fuente a su posiciónextremahaciendogirarensentidoantihorario(paraunvoltajecero).

8. Conecta la fuente de alimentación (el motor de inducción jaula deardilla debe empezar a girar).

9. Siendo nula la excitación de CD, mide y anota E1, E2, y E3 (utiliza las escalasmasbajasdelosvoltímetros).

E1 = _________ VCA E2 = ________ VCA E3 = ________ VCA

10. Explica por qué se genera un voltaje deCA cuando no hay excitaciónen CD.

_______________________________________________________________.

11. Si el motor tiene un interruptor S, ciérralo en este momento.

12. Aumenta de manera gradual la excitación de CD, a partir de 0 hasta0.1 A CD.

Motor de inducciónde jaula de arrdilla

Generador síncrono0 -250 V CA

V2

V1

V3

A

0 - 2.5 A CD

208 V CA

208 V CA

0 - 120 V CD

E1E2

E3

I1

1

2

3

7

N

123

45

6

123

45

6 7 8 c

101

Capítulo 2

13. Mide y anota en la siguiente tabla 1, los tres valores de voltajegenerados E1, E2, y E3.

14. Repite el paso anterior para cada una de las corrientes indicadas en la tabla 1.

15.Reduceaceroelvoltajeydesconectalafuentedealimentación.

16. Calcula en la tabla 1, el voltaje de salida promedio del alternador,para cada corriente indicada.

17. Conecta la fuente de alimentación y ajusta la excitación de CD hastaqueE1=208Vca.MideyanotaE2,yE3.

E1 = 208 VCA E2 = _________ VCA E3 = __________ VCA

18. Desconecta la fuente de alimentación sin tocar el control de ajustedelvoltaje.

I1 (amperes) E1 (volts) E2 (Volts) E3 (Volts) Eca (prom.)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Tabla 1

102

Capítulo 2

Esquema 2 Generador de CA con carga

19.Vuelveaconectar los tres voltímetrosdeCAde talmaneraquemidanlos voltajes a través de cada uno de los tres devanados del estator, dela siguiente manera.

V1enparaleloconeldevanado1a4.



20.Conectalafuentedealimentación.Mideyanotalosvoltajesgeneradosen cada devanado del estator conectado en estrella.

E1 a 4 = _______ VCA E2 a 5 = ________ VCA E3 a 6 = _________ VCA


22.Ahoraconectaelcircuitocomosemuestraenelsiguienteesquema2.

23. Acopla el motor de CD al alternador (generador síncrono) por medio de la banda.

24. Ajusta el reóstato de campo del motor de CD a su posición extremahaciéndologirarensentidohorarioparaunaresistenciamínima.

25.Ajustael reóstatodecampodelalternadoren laotraposiciónextremaensentidoantihorarioparaunaresistenciamáxima.

Generador síncrono

A

A

V

0 - 2.5 A C-A

0 - 2.5 A CA0 - 250 V CA

120 V CC

0 - 120 V CC

Motor de CD en derivación RL8

N1 2

3 4

5 6 7 8

I1

1 42 53 6 7 8

I2E1

7

N

103

Capítulo 2

26.Ajustacadasecciónderesistenciaaunvalorde300Ω.

27. Conecta la fuente de alimentación y fijándote en el tacómetro demano,ajustereóstatodelmotordeCDparaunavelocidadde1800rpm.

Nota: Debes mantener constante esta velocidad durante el resto de la práctica.

28.SielmotorsíncronotieneuninterruptorS,ciérraloenestemomento.

29. Ajusta el reóstato de excitación de CD del alternador (generadorsíncrono) hasta que el voltaje de salida E1 = 208 V CD, Mide y anota I1,e I2 de plena carga.

I1 = ___________ A CA. I2 = ___________ A CA.

30. Abre todos los interruptores de los tres módulos de resistencia de carga, para que el alternador trabaje en vacío, mide y anota E1 e I2.debes recordar que hay que comprobar que la velocidad siga siendo de1800rpm.

E1 = ___________ V CA I2 = ___________ A CA


32. Calcula la regulación de voltaje del generador síncrono, con cargaresistiva, utiliza la siguiente fórmula.

33. Reemplaza la carga resistiva con una inductiva y ajusta cada secciónaXL=300Ω.

34.Repitelospasos27a30,yanotalosvaloresaplenacarga.

I1 = ________ A CA I2 = __________ A CA

% Regulación Volts en servicio - Volts en plena cargaVolts en pena carga

= X 100

104

Capítulo 2

35.MideyanotalosvaloresdeE1eI2envacío.

E1 = ___________ V CA I2 = ___________ A CA


37. Compara los resultados de cada una de las cargas, explicando elcomportamiento de cada una.



Resuelve los siguientes cálculos

1. Calcula la regulación porcentual correspondiente a un generador síncrono, si su voltaje a plena carga es de 12 Kv y su voltaje en vacíoes de 15 Kv.

Utiliza:

2 Calcula el valor de voltaje con en vacío, si su porcentaje de regulaciónesde20%ysuvalordevoltajeaplenacargaesde10Kv.

3. Calcula el porcentaje de regulación de un generador síncrono si suvoltaje nominal a plena carga es de 200 V, y su voltaje en vacío es de208V.

4. Calcula el valor de voltaje nominal a plena carga de un generadorsíncrono si su porcentaje de regulación es de 30 y su valor de voltaje envacíoesde104V.

5. Calcula el porcentaje de regulación que posee un generador síncronosi su valor de voltaje nominal a plena carga es de 208 v, y el valor delvoltajeenvacíoesde220V.

% Regulación = Volts en servicio - Volts a plena cargaVolts a plena carga

x 100

105

Capítulo 2

3.1.2 Operación de motores eléctricosEn función de la corriente empleada para la alimentación de un motor,

es que se definen sus características constructivas y estos se puedenclasificar en los siguientes tres grandes grupos:

1) Motores de corriente continua

2) Motores de corriente alterna

3) Motores universales

En los motores de CD es necesario aplicar al inducido una CD para obtener movimiento, así como al inductor en el caso de que éste seadel tipo de electroimán, a esta corriente se le conoce como corriente de excitación. Su construcción suele estar realizada mediante un inductor cilíndrico hueco (imán o electroimán) que contiene un cierto número depares de polos magnéticos (Norte-Sur), denominados estator. En su interior se encuentra el inducido o rotor también cilíndrico sobre el cual se encuentra el arrollamiento. El eje está acoplado mediante rodamientoso cojinetes para permitir el giro, dispone de una superficie de contactomontada sobre un dispositivo llamado colector sobre el que se deslizan loscontactos externos o escobillas.

Para el caso de los motores de corriente alterna, estos se alimentan con un voltaje alterno de excitación y comprende dos tipos con propiedadesbastantes diferenciadas:

1) Motores asíncronos

2) Motores síncronos

Los motores asíncronos son también conocidos con el nombre de motores de inducción, basan su funcionamiento en el efecto que produceun campo magnético alterno aplicado a un inductor o estator sobre un rotorconunaseriedeespirassinningunaconexiónexternasobreelqueseinducen unas corrientes por el mismo efecto de un transformador, por esta razón, en este sistema sólo necesitas una conexión a la alimentación, quecorresponde al estator, eliminándose, por lo tanto, el sistema de escobillas queseprecisaenotrostiposdemotores.

Losmotores síncronos están constituidos por un inducido que suele serfijo, formando por lo tanto el estator sobre el que se aplica una corrientealterna y por un inductor o rotor formado por un imán o electroimán que contiene un cierto número de pares de polos magnéticos. El campo

106

Capítulo 2

variable del estator hace girar al rotor a una velocidad fija y constante desincronismo que depende de la frecuencia alterna aplicada, es por eso queson denominados síncronos.

Los motores universales son aquellos que pueden recibir alimentacióntanto continua como alterna sin que por ello se alteren sus propiedades,básicamente responden al mismo principio de construcción que los de CDpero excitando tanto a inductor como a inducido con la misma corriente, disponiendo a ambos en serie sobre el circuito de alimentación.

107

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

5Realiza la conexión y operación de un motor de corriente continua o directa en serie

Propósito: conecta un motor de corriente continua en conexión serie de acuerdo con sus especificaciones, utilizando las herramienta y equiposnecesarios.Lugar de trabajo: laboratorio o taller de electricidad. Duración: 3horas.Contenido teórico: debes recordar que en el motor de corriente directaen serie, el campo magnético es producido por la corriente que fluye através del devanado de la armadura, y a causa de esto es débil cuando la carga del motor es pequeña (el devanado de la armadura toma corrientemínima). El campo magnético es intenso cuando la carga es grande (el devanado de la armadura toma corrientemáxima). El voltaje de armaduraes casi igual al voltaje de la línea de alimentación (como sucede en elmotor con devanado en derivación) y se puede hacer caso omiso de lapequeña caída en el campo en serie, por esta razón, la velocidad delmotor con el campo en serie depende totalmente de la corriente de carga, ya que la velocidad es baja con cargas muy pesadas, y muy alta envacío.Por tanto,muchosmotoresenserieal funcionarenvacíoquedaríandesechos por la velocidad tan alta que desarrollan. Las grandes fuerzasrelacionadas con altas velocidades, harían que el rotor explotará lo cualsería extremadamente peligroso para las personas y maquinaria cerca delmismo (Wildi, T. 1994).Desarrollo: realiza la conexión y operación de un motor de CD en conexión serie, con la finalidad de determinar sus características de operación.Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120VCD,0–120vCD) ·MódulodemedicióndeCD(200V,5A). ·Modulodemotor-generadordeCD. ·Módulodeelectrodinamómetro. · Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital. · Desarmador plano.

108

Capítulo 2

Esquema 1. Motor de CD en conexión serie

· Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Pinzas de electricista. · Lima. · Lápiz · Goma

Procedimiento:




4.Conectaelcircuitomostradoenelsiguienteesquema1.


109

Capítulo 2

5. Conecta el dinamómetro al motor generador de CD por medio de la banda.

6. Ajusta la perilla del control de dinamómetro a su posiciónmedia (paraproporcionarunacargadearranqueparaelmotordeCD).

7. Conecta la fuente de energía y aumenta gradualmente el voltaje deCDhasta que el motor comience a girar. Observa la dirección de rotación,si no es en sentido de las manecillas del reloj, desconecta el motor eintercambia las conexiones del campo serie.

8.Ajusta el voltaje variable a120Vcd, exactamente, tomandoesta lecturaen el medidor.

9. Ajusta la carga del motor serie de CD haciendo girar la perilla deldinamómetrohastaquelaescalamarcadaenlacarcasadelestatorindique12 Lbf*plg. (si es necesario, ajusta de nuevo la fuente de alimentaciónparaquesuministreexactamente120VCD).

10. Mide la corriente de línea y la velocidad delmotor (con el tacómetrode mano). Anota estos valores en la tabla 1.

11. Repite esta operación para cada valor de par indicado en la tabla 1. Manteniendounatensiónconstantede120Vcd.

12.Reduceaceroelvoltajeydesconectelafuentedealimentación.

13. Calcula la regulación de velocidad (plena carga = a 9 lbf*plg). Aplicala ecuación:

120

120

120

120

120

0

3

6

9

12

Tabla 1


x 100

E1 (volts) I (amperes) Velocidad (rpm) Par (Lbf*plg)

110

Capítulo 2



Resuelve los siguientes problemas:

1. Un motor de excitación en serie se alimenta con una tensión continua y absorbe 100 A, cuando la velocidad es de 600 rpm y la tensión inducida es de 90 V. En un segundo ensayo con la misma tensión aplicada,absorbe200Aytieneunatensióninducidade80V.Calculalossiguientesparámetros:

a) Tensión de alimentación del motor.

b) Velocidad de giro del motor en el segundo ensayo.

c) Par mecánico en el segundo ensayo.

2. Un motor de excitación serie se alimenta con tensión de 220 V,absorbiendo 30 A y girando a 1000 rpm. La resistencia del inducido es de 0.4 W y la del inductor de 0.2 W. Calcula:

a) Tensión inducida.

b) Par mecánico desarrollado.

111

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

6Realiza la conexión y operación de un motor de corriente continua o directa en paralelo.

Propósito de la práctica: Conecta un motor de corriente continua en conexión paralelo de acuerdo con sus especificaciones, utilizando las herramientayequiposnecesarios.Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración: 3horas.Contenido teórico: Debes recordar que en el motor de corriente directaen paralelo, o derivación, el devanado de campo y el de la armadura se conectan en paralelo directamente a las líneas de alimentación de CD. Si el voltajede líneadeCDesconstante,el voltajedearmaduray la intensidaddel campo serán constantes también. Por lo tanto, el motor en paralelo debería funcionar a una velocidad razonablemente constante. Sin embargo, la velocidad tiende a disminuir cuando se aumenta la carga del motor por lo que este descensode velocidad sedebe sobretodoa la resistenciadel devanado de la armadura, ya que losmotores en derivación con bajaresistencia en el devanado de armadura, funcionan a velocidades casi constantes. Al igual que en la mayoría de los dispositivos de conversiónde energía, el motor en derivación de CD no tiene una eficiencia de 100 %,debidoaque,no toda laenergíaeléctricaqueseproporcionaalmotorse convierte en potencia mecánica, por lo que la diferencia de potenciaentre la entrada y la salida se disipa en forma de calor, a esto se le conoce como “pérdidas” de la máquina y estas aumentan con la carga,haciendoqueelmotorsecalientemientrasproduceenergíamecánica.Desarrollo: Realiza la conexión y operación de un motor de CD en conexión paralelo o derivación, con la finalidad de determinar sus características de operación.Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120VCD,0–120vCD) ·MódulodemedicióndeCD(200V,5A). ·Modulodemotor-generadordeCD. ·Módulodeelectrodinamómetro. · Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital.

112

Capítulo 2

Esquema 1. Motor de CD en conexión derivación

· Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.

Procedimiento:




4.Conectaelcircuitomostradoenelsiguienteesquema1.


113

Capítulo 2

5. Acopla el dinamómetro al motor generador de CD por medio de la banda.

6. Ajusta la perilla de control del reóstato de campo en derivación en suposición extrema haciéndolo girar en el sentido de lasmanecillas del reloj(para obtener una máxima excitación del campo en derivación). Verificaquelasescobillasesténenlaposiciónneutra.

7. Ajusta la perilla de control del dinamómetro en su posición extremahaciéndola girar en sentido antihorario (para proporcionar una cargamínimaenelarranquedelmotordeCD.

8. Conecta la fuente de alimentación y ajusta el voltaje variable de salidaa 120 V CD guiándote por las lecturas tomadas en el medidor. Observala dirección de rotación, si es en sentido antihorario, apaga la fuente deenergía, e intercambia las conexiones en derivación.

9.Ajustael reóstatodecampoenderivaciónauna velocidaden vacíode1800rpm,segúnloindicadoeneltacómetrodemano.

10. Mide la corriente de línea tomando esta lectura en el amperímetrocuando la velocidad del motor se de 1800 rpm, anota este valor en latabla 1.

11. Aplica carga al motor de CD haciendo variar la perilla de control dedinamómetrohastaque laescalamarcadaen lacarcasadeldinamómetro,indique 3 lbf*plg (si es necesario, rejusta la fuente de energía paramantener120VCDexactamente).

120

120

120

120

120

0

3

6

9

12

Tabla 1


114

Capítulo 2

12. Con los valores de la tabla, construye el gráfico correspondiente.

13. Calcula el porcentaje de regulación de velocidad (carga completa = 9lbf * plg), utilizando la ecuación:



400

800

1200

1600

2000

36 91 2

Par (Lbf*plg)


x 100

115

Capítulo 2

Contesta las siguientes preguntas:

1. Un motor en derivación que gira a 1500 rpm es alimentado por unafuente de 120 V de CD. La corriente de línea es de 51 A y la resistenciadel campo en derivación es de 120 Ω. Si la resistencia de la armadura es de 0.1 Ω, calcula lo siguiente:

a) La corriente en la armadura (Ic)

b) La Fcem (Fuerza contraelectromotríz) (Eo)

c) La potencia mecánica desarrollada por el motor (PA)

2. El voltaje entre las terminales de un motor de CD de 240 volts y lacorriente en la armadura es de 50 Amperes, la resistencia de la armadura esde0.08Ω y se considera a la corriente de campo como despreciable.

a) La fuerza contraelectromotríz del motor de CD.

b) La potencia desarrollada por la armadura del motor de CD.

c) La potencia entregada al motor de CD, en Kw y Hp.

116

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

7Realiza la conexión y operación de un motor de corriente continua compuesto.

Propósito: Conecta un motor de corriente continua en conexión compuesto de acuerdo con sus especificaciones, utilizando las herramienta y equiposnecesarios.Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración:3horas.Contenido teórico: Debes recordar que una cualidad del motor enserie es su alto par de arranque, pero existe la desventaja de que losmotores de este tipo tienden a sobre acelerarse con carga ligeras. Esto se corrige agregando un campo en derivación conectado de tal forma, que refuerce el campo en serie, por lo que el motor se convierte enunamáquina compuesta acumulativa. En cuanto a la velocidad constanteque caracteriza a los motores de CD en derivación, esta tampoco esconveniente en algunas aplicaciones; por ejemplo cuando el motor debemover un volante, ya que se necesita cierta disminución de la velocidaddel motor para que el volante pierda su energía cinética, por lo que lasaplicaciones de este tipo requieren de un motor que tenga una curvacaracterística de velocidad “con caída”, es decir, que la velocidad delmotor baja notablemente al aumentar la carga, por lo que el motor deCD con devanado compuesto acumulativo es el adecuado para esta clase detrabajo(Wildi,T.1994).Desarrollo: Realiza la conexión y operación de un motor de CD en conexión compuesta, con la finalidad de determinar sus características de operación.Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120VCD,0–120vCD) ·MódulodemedicióndeCD(200V,5A). ·MódulodemedicióndeCA(2.5/2.5/2.5A). ·Modulodemotor-generadordeCD. ·Módulodemotor/generadorsíncrono. ·Módulodeelectrodinamómetro. · Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital.

117

Capítulo 2

· Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.

Procedimiento:



3 .Selecciona el equipo y herramienta para conectar el motor de CDcompuesto.

4.Conectaelcircuitodelsiguienteesquema1.


118

Capítulo 2

5. Acopla el motor síncrono y el motor de CD por medio de la banda.

6. Ajusta el reóstato del dinamómetro a su posición extrema, girando laperilladeésteensentidoantihorario.

7.Conectalafuentedealimentación.

8. Incrementa la tensión de CD, hasta que el motor empiece a girar (elmotor tiene que girar en sentido horario, en caso contrario, desenergizael circuito e intercambia los cables de conexión del campo serie).

9. Desenergiza la fuente de alimentación.


11. Incluye ahora el reóstato y el campo en derivación como se muestraenelsiguientecircuitodelsiguienteesquema2.

12. Conecta la fuente de alimentación.

13.Ajustaelvoltajedesalidade120Vcd.

14. Reduce a cero el voltaje y desconecta la fuente de alimentación, si elmotor desarrolla una velocidad muy alta.

15. Intercambia las conexiones del campo en derivación en el circuito del esquema2.

16. Conecta la fuente de alimentación.

17.Ajustanuevamenteelvoltajedesalidade120VCD.

119

Capítulo 2

18.Ajusta conel reóstatodecampoenderivaciónparauna velocidaddelmotorenvacíode1800rpm,deacuerdoaltacómetrodemano.

19.Aplica cargaalmotor conel dinamómetro, haciendogirar laperilladecontrol hasta que la escala marque 3 lbf * plg, manteniendo la tensióndealimentacióna120Vcd.

20.Midelossiguientesparámetros:

IL = __________ A CD rpm = _________.

21. Repite los pasos 17 y 18 para cada valor de par lbf * plg, variandode 0 lbf * plg hasta 12 lbf * plg,manteniendo el voltaje constante y llenala siguiente tabla 1.


23. En la siguiente gráfica 1 marca los valores de velocidad de motor obtenidos en la tabla 1 anterior.

120

120

120

120

120

0

3

6

9

12

Tabla 1


120

Capítulo 2

400

800

1200

1600

2000

36 91 2

Par (Lbf*plg)

Vel

oci

dad

RP

M

24. Traza una curva continua por los puntos marcados.

25. La gráfica representa la curva característica de la velocidad en función del par de un motor típico de CD con devanado compuesto.

26. Calcula la regulación de velocidad del motor compuesto (carga plena =9lbf*plg),utilizandolasiguienteecuación.

27.Comparalosresultadosobtenidos.




x 100

121

Capítulo 2


1. Se tiene un motor de CD en conexión compuesto largo, que sealimenta a 250 volts y toma una corriente de 25 amperes de la línea, si su resistencia de armadura es de 0.1 Ω y la resistencia del devanado de campo en serie es de 0.05 Ω, mientras que la resistencia del campoparalelo (shunt) es de 50Ω. Las pérdidas de fricción y ventilación son de 700watts.Calculalaeficienciadelmotorcompuesto.

2.Unmotor compuestodeCD tieneuna velocidaden vacíode1800 rpm,y su velocidad a plena carga es de 1450 rpm. Calcula el porcentaje deregulación.

122

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

8Realiza la conexión y operación de un motor de inducción de corriente alterna.

Propósito: Conecta un motor de inducción de corriente alterna de acuerdo consusespecificaciones,utilizandolasherramientayequiposnecesarios.Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración: 8horas.Contenido teórico: Es importante que recuerdes que cuando se aplicapotencia a un motor de inducción de fase partida, tanto el devanado de operación (principal) como el de arranque (auxiliar) toman una corrientede carga que es de 4 a 5 vecesmayor que la normal. Esto significa quela pérdida de calor en estos devanados es de 16 a 25 veces mayor quela normal, por lo que, el periodo de arranque debe ser corto para evitarque se sobrecalienten los devanados. También debes considerar que laselevadascorrientesdearranqueproducenunacorrienteproporcionalmenteelevada en el rotor jaula de ardilla, de tal modo que todo el motor secalienta con mucha rapidez durante el arranque; ya que el alambre dediámetro pequeño que se utiliza en el devanado auxiliar de los motoresde fase partida es especialmente vulnerable al sobrecalentamiento y, si no se desconecta de la línea de alimentación, puede quemarse, pasados 4 o6 segundos (Wildi, T. 1994).Desarrollo: Realiza la conexión y operación de un motor de inducción de corriente alterna, con la finalidad de determinar sus características de operación.Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120VCD,0–120vCD) ·MódulodemedicióndeCD(20V,2.5A) ·MódulodemedicióndeCA(2.5/2.5/2.5A) ·MódulodemedicióndeCA(100VCA) ·MódulodemedicióndeCA(250VCA) ·Modulodemotordefasepartidaconarranqueporcapacitor ·Módulodeoperacióncontinuaporcapacitor ·Módulodemotordeinducciónderotordevanado ·Módulodewattímetrotrifásico ·Módulodemotor/generadordeCD ·Módulodewattímetromonofásico(750W) ·Módulodeelectrodinamómetro

123

Capítulo 2

· Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.

Procedimiento:



3.Seleccionaelequipoyherramientaparaconectarelmotorde inducciónde fase partida.

Revisa la estructura y los componentes del motor de fase parida con arranque por capacitor.

Devanado principal Rotor.

Devanado auxiliar del estator. Entrehierro.

Polos principales del estator. Anillos.

Polos auxiliares. Capacitor.

Interruptor centrífugo.


124

Capítulo 2

Esquema 1. Motor de fase partida.

4.ConlaayudadelÓhmetro,midelaresistenciade:

Devanado principal = __________ Ω

Devanado secundario = ________ Ω

5.Conectaelcircuitodelesquema1.

6.Conectalafuentedealimentaciónyajústalaexactamentea5VCD.

7.Mideyanotaelvalordecorrientedeldevanadoprincipal.

I Devanado principal = _____________ A CD.

8. Con el valor de voltaje y corriente del circuito anterior, calcula laresistencia del devanado auxiliar.

R Devanado principal = _____________ Ω



0 - 2.5 A CD

0 - 20 V CDA

V5 V CD

7

N

1 2

125

Capítulo 2

11.Conectalafuentedealimentaciónyajústalaexactamentea5VCD.

12.Mideyanotaelvalordecorrientedeldevanadoauxiliar.

I Devanado Auxiliar = _____________ A CD.

13. Con el valor de voltaje y corriente del circuito anterior, calcula laresistencia del devanado auxiliar.

R Devanado Auxiliar = _____________ Ω.


15. Ahora conecta el circuito del esquema 3, el interruptor centrífugo seconecta en serie con el devanado auxiliar, ambos devanados se conectan enparalelocon la fuentedealimentación,debesobservarqueelcapacitorno se está utilizando.


5 V CD

0 - 2.5 A CD

0 - 20 V CDA

V

7

N

3 4

126

Capítulo 2


Esquema 4.

16.Cierrael interruptorde la fuentedealimentación,elcontroldel voltajedesalidadebemantenerseensuposiciónde100VCA.

17. Verifica que se puso en marcha el motor y si funcionó el interruptorcentrífugo.

18.Midelasrpm,coneltacómetrodemano.

Rpm = _________.

19.Reducelatensióndealimentacióna80VCA.

20.Midelasrpm,coneltacómetrodemano.

Rpm = __________.


0 - 100 V CA

0 - 100 V CA

AUX

120 V CA0 - 25 A CA

Devanado principal

A

4

N

1 2V

3 4

6 7

5

1

N1 2

127

Capítulo 2

22. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y tan pronto como sea posible (menos de 3 segundos), mide la corriente que pasa por eldevanado principal.

I Devanado principal = ____________ A ca


24. Desconecta los cables del devanado principal y conéctalos en el devanadoauxiliar,comosemuestraenelcircuitodelesquema5.

25. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y tan pronto como sea posible (menos de 3 segundos), mide la corriente que pasa por eldevanado auxiliar.

I Devanado Auxiliar = ____________ A ca



Esquema 5.

A

0 - 25 V CA120 V CA

Devanado auxiliar

1

N3 4

128

Capítulo 2

28.Acoplaeldinamómetroalmotordefasepartidautilizandolabanda.

29. Conecta el dinamómetro a la salida fija de 120 V CA de la fuente dealimentación.

30. Gira la perilla de control del dinamómetro en su posición extrema en sentido horario, para proporcionar una carga máxima de arranque almotor de fase partida.

31. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y mide la corriente dearranquetanrápidocomoseaposible(enmenosde3segundos).

I Arranque = _____________ A CA.


33. Para operar el motor de fase partida, conecta el circuito del siguiente esquema7.

Esquema 6.

Esquema 7. Motor de fase partda.

120 V CA

A

Devanado principal

Devanado principal

0 - 120 V CA W

A

V

0 - 8 A CA

0 - 250 V CA

1

N3 4

1 2

1

2

1 3

2 42 7

4 5

1

63

129

Capítulo 2

34.Conectalafuentedealimentaciónyajústalaa120VCA.

35. Mide y anota en la tabla 1, la corriente de línea, la potencia y lavelocidaddelmotor,paracadavalordevoltajeestablecidoenlatabla1.

Observacomovibraelmotoryanótaloenelrenglóncorrespondiente.


37. Para una operación a plena carga del motor de fase partida, acoplael dinamómetro mediante la banda.

38. Conecta las terminales de entrada del dinamómetro a la salida fijade120VCA.

39. Gira la perilla en sentido antihorario (para proporcionar al motor defasepartidalamínimacargadearranque).


41. Mide y anota en la tabla 2, la corriente de línea, la potencia y lavelocidaddelmotor,paracadaparindicadoendichatabla.

42.Calculayanotaenlatablaanteriorlapotenciaaparente(VA)entregadaal motor para cada par señalado.

120

90

60

30

Tabla 1

0

3

6

9

12

Tabla 2

E (volts) I (amperes) P (watts) Velocidad (rpm) Vibración

PAR (lbf*plg) I (amperes) VA P (watts) Velocidad (rpm) Hp

130

Capítulo 2

43. Calcula y anota en la tabla anterior los caballos de fuerza desarrollados para cada par indicados. Utilizando la siguiente fórmula:

44. Para la conexión del motor de inducción con arranque por capacitor,conectaelcircuitodelesquema8.

45. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y mide tan rápidamente como sea posible (en menos de 3 segundos), la corriente que pasa porel devanado principal.

I Devanado principal = ____________ A ca


47. Desconecta los cables del devanado principal y conéctalos en eldevanado auxiliar, y al capacitor como se muestra en el circuito del esquema9.

HP = 1.59 (par)(rpm)

100000

Esquema 8.

120 V CA

Devanado principal

A

0 - 25 A CA

1

N1 2

131

Capítulo 2

48.Cierraelinterruptordelafuentedealimentaciónymidetanrápidamentecomo sea posible (en menos de 3 segundos), la corriente que pasa porel devanado auxiliar.

I Devanado Auxiliar = ____________ A CA.

49. Desenergiza el circuito y desconecta la fuente de alimentación.

50. Ahora conecta los dos devanados en paralelo del motor como semuestraenelsiguienteesquema10.

51.Acoplaeldinamómetroalmotor conarranquepor capacitorutilizandola banda.

52.Conecta las terminalesdeentradadel dinamómetroa la salida fija de120VCAdelafuentedealimentación.

53. Ajusta la perilla de control de dinamómetro en sentido horario paraobtener una carga máxima de arranque para el motor con arranque porcapacitor.

Esquema 9.

Esquema 10.

120 V CA0 - 25 A CA

Devanado auxiliar 180 µf

A

120 V CA

A

Devanado principal

Devanado auxiliar

0 - 25 A CA

180 µf

1

N 3 4 5

1

N4 53

21

132

Capítulo 2

54. Cierra el interruptor de la fuente de alimentación y mide la corriente dearranquetanrápidamentecomoseaposible(enmenosde3segundos).

I Arranque = _____________ A CA.

55.Compara los resultadosde losesquemas8,9y10, con losesquemas4, 5 y 6.


58. Ajusta la perilla de control de dinamómetro en sentido antihorariopara ofrecerle elmínimo par resistente al arranque delmotor de arranquepor capacitor.


60. Mide y anota en la tabla 3, la corriente de línea, la potencia y lavelocidad del motor para cada par indicado en la tabla 3.

Esquema 11. Motor de arranque con capacitor

0 - 120 V CA W

A

V0 - 250 V CA

0 - 8 A CA

4

N

1 3

2 41 2

3 4

7

65

0

3

6

9

12

Tabla 3

PAR (lbf*plg) I (amperes) VA P (watts) Velocidad (rpm) Hp

133

Capítulo 2

61. Calcula y anota en la tabla anterior, la potencia aparente suministrada al motor para cada uno de los pares indicados.

62. Calcula y anota en la tabla anterior, la potencia desarrollada en Hp para cada par anotado, utilizando la siguiente fórmula.

63.Ahorapreparaelmotordeinducciónderotordevanado.

Revisa la estructura y los componentes del motor de inducción de rotor devanado:

Anillos colectores.

Escobillas.

Devanados del estator.

Devanados del rotor.

Potencia nominal del motor.

Velocidad nominal del motor.

64.Conecteelcircuitodelsiguienteesquema12.


100000

Esquema 12. Motor de inducción de

rotor devandado.208 V CA

208 V CA

V1 W1 W2

A

A

A

Wattímetro0 - 250 V CA 0 - 2.5 A CA

V2

Motor de inducción de rotor devanado

7

5

1

2

3

E1

1 2 3 4 5 6

T

T

T

1

3

24

6

57

9

8

0 - 250 V-CAE2

Motor de C-C de derivación.7

N

8

N

0 - 120 V cd

0 - 120 V cd

1 2

5 8

3 4

76

134

Capítulo 2

65. Acopla el motor generador de CD al motor de rotor devanado, por medio de la banda.

66. Conecta la fuente de alimentación. Mantén en cero el control delvoltajevariabledesalida(elmotordeCDdebeestarparado).

67.Mideyanotalossiguientesparámetros.

E1=____________. W1=____________. W2=___________.

I1=_____________. I2=_____________. I3=____________.

E2=____________.

68.Desconectalafuentedealimentación.

69. Calcula la potencia aparente, potencia real y potencia reactiva.

S=_________VA. P=_________Watts Q=_________VAR

70.Conecta la fuentedealimentaciónyajustaelvoltajedesalidavariablede CD para una velocidad del motor de exactamente 900 rpm.

71.Mideyanotalossiguientesparámetros:

E1=____________. W1=____________. W2=___________.

I1=_____________. I2=_____________. I3=____________.

E2=____________.

135

Capítulo 2

Nota: Si el valor de E2 esmenor que el del procedimiento66, desconectela fuente de alimentación e intercambie dos de los tres cables del estator.

72. Aumenta el voltaje variable de salida de CD, a 120 V CD y ajusta elreóstatodecampoaunavelocidaddelmotordeexactamente1800rpm.

73.Mideyanotalossiguientesparámetros:

E1=____________. W1=____________. W2=___________.

I1=_____________. I2=_____________. I3=____________.

E2=____________.

74.Reduceelvoltajeaceroydesconectalafuentedealimentación.

75. Ahora conecta el motor de inducción de rotor devanado de acuerdoalcircuitoquesemuestraenelsiguienteesquema13.

76.Acoplaeldinamómetroalmotorpormediodelabanda.

77.Conecta las terminalesdeentradadel dinamómetroa la salida fija de120 v CA de la fuente de alimentación.

Esquema 13. Motor de inducción de

rotor devandado.

136

Capítulo 2

78. Ajusta la perilla de control del dinamómetro en su posición extremaen sentido horario (a fin de proporcionarle al motor la máxima carga enelarranque)

79. Conecta la fuente de alimentación y ajústela aun voltaje E1 de 100 VCA. El motor debe girar con lentitud.

80.Mideyanotalastrescorrientesdelrotoryelpardesarrollado.

I1=__________. I2=___________.

I3=__________. par=__________lbf*plg

81. Reduce gradualmente la carga del motor haciendo girar con lentitudla perilla de control del dinamómetro. Conforme se reduce la carga, aumentará la velocidad del motor.

82.Observaquepasaconlastrescorrientesdelrotor.

83.Ahorapreparaelmotordeinduccióndejauladeardilla.

Revisa la estructura y los componentes del motor de inducción de jaula de ardilla.

Abanico de enfriamiento.

Rotor.

Estator.

Devanados.

84.Ahoraconecteelcircuitodeacuerdoalsiguienteesquema14.

137

Capítulo 2

Esquema 14 Motor de inducción jaula

de adilla.

85. Conecta la fuente de alimentación y ajústela aun voltaje E1 de 208 VCA. El motor debe comenzar a girar.

86.Mideyanotalossiguientesparámetros.

I1=__________. W1=___________.

I2=__________. W2=___________.

I3=__________. rpm=__________.

87.Reduceelvoltajeaceroydesconectalafuentedealimentación.

88.Acoplaelmotoraldinamómetropormediodelabanda.

89. Ajusta la perilla de control del dinamómetro a su posición extrema ensentidoantihorario.

V

0 - 250 V CA

120 V CA

Electro-dinamómetro

Wattmetro0 - 2.5 A CA Motor de inducción

jaula de ardilla

0-208 V CA

0-208 V CA

W1 W2

A

A

A

1

N

4

5

6

E1

1 2 3 4 5 6

I1

I2

I3

123

456

138

Capítulo 2

90. Anota las mediciones en la siguiente tabla 4.




1.Calcula lapotenciaenHp,paraunmotorde fasepartidaque tieneunavelocidad de 3600 rpm y un par de 3 lbf * plg. Utiliza la siguiente fórmula.

2. Calcula cual debe ser el par para que un motor de fase partidadesarrolle una velocidad de 1800 rpm, si cuenta con un Hp de 0.25.Despejalafórmulaanterior.

3. Cual será la velocidad de un motor de fase partida de ¾ de Hp, si el par aplicado es de 6 lbf * plg.

PAR (lbf *plg) I1 (amp.)I 2 (amp.) I3 (amp. )W1 (watts) W2 (watts) Velocidad. (rpm)

0

3

6

9

12

Tabla 4


100000

139

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

9Realiza la conexión y operación de un motor síncrono.

Propósito: Conecta un motor síncrono de acuerdo con sus especificaciones, utilizandolasherramientayequiposnecesarios.Lugardetrabajo:Laboratoriootallerdeelectricidad.Duración:4horas.Contenido teórico: Debes recordar que el nombre de motor síncronoderiva del término velocidad síncrona, que es la velocidad natural delcampomagnético giratorio del estator, por lo que la velocidad natural derotación es determinada por el número de pares de polos y la frecuencia de la potencia aplicada. Al igual que el motor de inducción, el pardesarrollado no depende de las corrientes de inducción del rotor y su principio de operación es el siguiente: Se aplica una fuente multifásica de CA a los devanados del estator y se produce un campo magnético rotatorio, posteriormente, se aplica una corriente directa a los devanados del rotor produciendo un campo magnético fijo, debido a que el motorsíncrono está construido de tal forma que cuando estos dos camposmagnéticos reaccionan entre sí, el rotor gira a la misma velocidad queel campo magnético giratorio, al aplicar una carga al eje del rotor, estetendrá un atraso momentáneo con relación al campo giratorio; pero seguirá girando a la misma velocidad síncrona. Para entender como se produce este atraso; puedes imaginarte que el rotor está acoplado a uncampo giratorio por medio de una banda elástica, en la cual las cargas pesadas harán que se estire la banda de modo que la posición del rotortendrá cierto atraso con respecto al campo del estator, pero el rotor seguirá girando a la misma velocidad. Si la carga es demasiado grande, el rotor se saldrá de sincronismo con el campo giratorio y, como resultado, se parara, lo que se denomina sobrecarga del motor. También es buenoque recuerdes que el motor síncrono no tiene par de arranque propio, demodo que, una vez parado este, no habría manera de hacer que entreen acoplamiento magnético con el campo magnético giratorio. Por esta razón, todos losmotores síncronos requieren de algúnmedio de arranque(Wildi, T. 1994).Desarrollo: Realiza la conexión y operación de un motor síncrono, con la finalidad de determinar sus características de operación.

140

Capítulo 2

Material y/o equipo: ·Módulodefuentedealimentación(120VCD,0–120vCD) ·MódulodemedicióndeCA(0–8A). ·MódulodemedicióndeCA(250VCA). ·Modulodemotorsíncrono. ·Módulodeelectrodinamómetro. ·Módulodeinterruptordesincronización. · Tacómetro de mano. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Banda de acoplamiento. ·Multímetrodigital. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Lima. ·Juegodellavesdetuerca. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma

Procedimiento:



3.Seleccionaelequipoyherramientaparaconectarelmotorde inducciónde fase partida.

4.Verificalascaracterísticasdelmotorsíncrono.


141

Capítulo 2

Esquema 1. Motor síncrono.

5. Revisa las características de los componentes del motor síncrono.

Devanado del estator.

Rotor del motor.

Interruptor de presión (si lo tiene).

Anillos colectores.

Escobillas.

Devanado amortiguador.

Polos salientes.

6.Conectarelcircuitodelsiguienteesquema1.(Procedimientodearranquesin interruptor de presión S, pon el interruptor en la posición off).

7. Ajusta la perilla de control del reóstato a la máxima resistencia, paraobtener la mínima corriente de excitación del estator.

8.Conectalafuentedealimentaciónymidelossiguientesparámetros:

I1=________Aca I2=________Aca I3=_________Aca

Velocidadmínima=__________rpm.

A

0 - 2.5 A CA

208 V CA

208 V CA

A

A

R = 150 Ohms

1

2

3

1

2

3

4

5

6 7 8

S1

2

3

142

Capítulo 2

9.Ajusta laperilladecontroldel reóstatoensentidohorarioparaobtenerla máxima corriente de excitación del estator.

I1=________Aca I2=________Aca I3=_________Aca

Velocidadmínima=__________rpm.Velocidadmedia=___________rpm

10. Reduce poco a poco con la perilla de control del reóstato la excitación del estator hasta que la corriente llegue a su valor mínimo (debesmantener esta posición).

11.Marcalaposicióndelreóstato.

12.Observaelsentidodegirodelmotor.

13. Ahora desenergiza el circuito e invierte la conexión dedos de los trescables de alimentación del motor.

14. Energiza el circuito y observa el cambio en el sentido de giro del motor.

15. Desenergiza el circuito y desconecta la fuente de alimentación.

16. Antes de que procedas a arrancar el motor síncrono, anota lossiguientes datos del motor.

Tensión nominal de los devanados del estator.

Corriente nominal de los devanados del estator.

Tensión nominal del devanado del rotor.

Corriente nominal del devanado del rotor.


143

Capítulo 2


18.Acoplaeldinamómetropormediodelabandaalmotor.

19.Ajustalaperillaal40%deexcitación.

20.Colocaen laposición “off” el interruptorde sincronizaciónque serviráde interruptor para la potencia trifásica que alimenta los devanados delestator.

21. Ajusta el reóstato de campo a un valor de resistencia cero, girandolaperillaasuposiciónextremaenelsentidohorario.

22. Cierra el interruptor S, si el motor lo incluye.

23. Energiza el circuito.

24. Cierra el interruptor de sincronización (no debe exceder de 10 segundos esta prueba).

25. Desenergiza la fuente de alimentación.

26. Abre el interruptor de sincronización y determina si debe arrancarse el motor si existe excitación de CD en su campo.

27. Conecta el rotor del motor síncrono a la salida variable de 0 – 120V CD de la fuente de alimentación, no cambies ninguna de las demásconexionesolosajustesdecontrol.

28.Energizaelcircuitoconlatensiónvariableencero.

29. Cierra el interruptor de sincronización.

208 V CA

120 V CA

120 V CD

208 V CA0 - 8 A CA

Interruptor de sincronización

Motor síncrono Electro-dinamómetro1

2

3

8

N1

N

1 2 3

4 5 6AI1 1

23

4

6

5

7 8

S

144

Capítulo 2


30.Verificasifuncionalamáquinacomomotordeinducción.

31.Ajustalentamentelafuentedetensióna120VCD.

32. Reduce la tensión a cero y desconecta la fuente de alimentación.


34. Ajusta la perilla de control del dinamómetro a su posición extrema enelsentidohorario,paraunamáximacargadearranque.

35. Cierra el interruptor S si el motor síncrono lo tiene.

36. Energiza el circuito y mide los siguientes parámetros.

E1=_______Vca E2=________Vca

I2=________Aca pardearranque=__________lbf*plg.

37. Desenergiza la fuente de alimentación, calcula la potencia aparente yelparmotoraplenacargaa¼Hp.,a1800rpm.

S=_________VA paraplenacarga=________lbf*plg.

208 V CA 0 - 250 V CA

Motor síncrono

0 - 250 V CA V

Electro-dinamómetro

208 V CA

120 V CA

V

A1

2

3

1

N

E1I10 - 8 AC-A

12

3

45

6 7 8

S

E2

145

Capítulo 2

38.Calculalarelaciónentreelpardearranqueyelparaplanacarga.

39. Energiza el circuito.

40. Reduce la carga, girando la perilla de control del dinamómetro en sentidoantihorario,ObservaqueocurreconlatensiónE2.



Resuelve los siguientes problemas.

1. ¿Cual será la velocidad síncrona del estator de un motor de CA de 4 polos, conectado a una tensión de 120 volts a 60 Hz?. Utiliza la siguiente fórmula.

2. Calcula el número de polos que requiere un motor de CA si debe serconectado a una tensión de 120 V CD, 60 Hz y tiene una velocidad 1200rpm. Utiliza la siguiente fórmula.

3.UnmotordeCAde8polos,seconectaaunalíneade60Hzyadquiereuna velocidad de 800 rpm. Calcula su deslizamiento y la frecuencia delrotor del motor. Utiliza las siguientes fórmulas.

Ss = 120 fNoP

Ss = 120 fNoP

Ss = 120 fNoP S =

Ss - SrSs

Fr = f x S

146

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

10Realiza la operación de una planta de emergencia eléctrica.

Propósito: Operaunaplantaeléctricadeemergenciamedianteelarranquey paro, para apreciar el funcionamiento del generador eléctrico de acuerdo consusespecificaciones,utilizandolasherramientayequiposnecesarios.Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración: 4horas.Contenido teórico: Debes tener presente en esta práctica que las fallaseléctricas resaltan el valor de una planta de emergencia cuando es crítico el respaldo de energía durante largos periodos de tiempo, como consecuencia delagranvariedaddedesastresnaturalesquepuedenprovocarfallasenelsuministro de electricidad por largos periodos de tiempo; inundaciones, rayos, huracanesetc.Inclusivealgotansimplecomountransformadorquemadoounautochocadocontraunpostedel servicioeléctricopuedencausarqueelservicioseainterrumpidoporundíaodos.Debidoaqueenlaactualidaddependemos de la electricidad, cuando falta la energía eléctrica por más de algunos minutos la situación se convierte en algo realmente desagradable. Tanprontolafalladeenergíaseextiendepormásdeunahorasepresentanproblemasquepuedensercostososeinclusivepeligrososcomoporejemplo:lafalta en el funcionamiento del aire acondicionado, la calefacción, el suministro deagua,opeoraúnsiexisteequipomédicolafalladeenergíaentoncesseconvierte en una situación de vida o muerte. Cuando el tiempo de respaldo es considerable entonces la solución es la implementación al sistema de una planta de emergencia, la cual esta diseñada para obtener energía a través del usode combustibles, al igual queunmotordeunautomóvil, aprovecha lacombustión para generar energía mecánica y esta ser transformada en energía eléctrica,deahílaimportanciadesaberoperarlas.Desarrollo: Realiza la operación de una planta eléctrica de emergencia, con la finalidad de apreciar su funcionamiento.Material y/o equipo: · Planta de emergencia didáctica (generador eléctrico). ·Voltímetro. · Amperímetro. · Wattímetro. · Tacómetro de mano. ·Multímetrodigital. · Desarmador plano.

147

Capítulo 2

· Desarmador de cruz. · Pinzas de electricista. · Franela. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Casco. · Cuaderno de apuntes. · Formato de reporte sugerido. · Lápiz. · Goma.

Procedimiento:



3. Selecciona el equipo y herramienta para la operación de la planta deemergencia.

4. Realiza las actividades previas al arranque de la planta de emergenciaeléctrica.

Fíjate que el nivel del refrigerante esté en sus 2/3 partes del depósito.

Verifica el indicador del filtro de aire, si se haya en el sector rojo, hay que montar uno nuevo.

Verifica el nivel de aceite del motor en la varilla de nivel, el cual debe estar entre las marcas de la varilla y nunca por debajo de la marca inferior.

Observa que la cantidad de combustible es la suficiente en el depósito y abre los grifos de paso.

Checa que el interruptor principal esté conectado (cuando el generador esté en marcha, nunca debes accionar este


148

Capítulo 2

interruptor para acoplarlo o desacoplarlo, ya que se podría averiar el regulador de carga).

5. Para que realices el arranque de la planta de emergencia, sigue lasindicaciones del fabricante.

Verifica si la planta de emergencia cuenta con calefactor de arranque (se acopla y desacopla automáticamente).

Evita utilizar “spray” o algún otro producto parecido para facilitar el arranque.

Coloca la llave en la posición de arranque e inicia el arranque.

6. Haz una pausa antes del siguiente arranque si el motor no arranca al primer intento (en caso de no arrancar en el primer intento).

Desembraga el motor.

Pon el acoplador en la posición de plenos gases.

Coloca la llave en la posición de funcionamiento.

Verifica que se enciendan las luces de advertencia de la temperatura del refrigerante de la presión de aceite y de carga.

Pulsa el botón de prueba de alarma y comprueba que estas se ponen en funcionamiento.

Pon la llave en la posición de incandescencia y verifica que se encienda la luz de advertencia.

Suelta la llave para que vuelva a la posición inicial.

Arranca el motor poniendo la llave en la posición de arranque cuando se ha apagado la luz.

Suelta la llave tan pronto ha arrancado el motor y pon el acelerador en la posición de ralentí.

7. Realiza el siguiente procedimiento durante la marcha del motor de laplanta de emergencia.

Verifica que los instrumentos de medición indiquen valores normales.

Deja que se caliente el motor a baja carga a ralentí rápido,

149

Capítulo 2

evitando embalar el motor frío.

Mantén la velocidad del motor a 1400 rpm, durante el periodo de calentamiento.

Verifica que la presión de aceite se encuentre en los rangos marcados en el manual del fabricante (la luz de advertencia debe estar apagada).

Evita hacer funcionar el motor con una presión de aceite demasiado baja.

Verifica que se apague la luz testigo de carga (lo que será indicación de que el alternador suministra corriente para cargar las baterías, si la luz de advertencia de la temperatura se enciende también cuando hay una avería en el circuito de carga pero la alarma no suena).

Checa que la temperatura del refrigerante se alza al valor normal entre los rangos marcados en el manual del fabricante, estando apagada la luz de advertencia.

8 .Realiza el embrague desacoplado con la palanca de accionamiento(para el acoplamiento se empuja la palanca hacia delante en direccióndelmotoryhaciaatrásparapuntomuerto).

9. Realiza las mediciones en el generador con los instrumentos de medición.

Realiza las mediciones de voltaje en los puntos establecidos con el voltímetro.

Realiza las mediciones de corriente en los puntos establecidos con el amperímetro.

Realiza las mediciones de potencia en los puntos establecidos con el wattímetro.

Realiza las mediciones de velocidad en los puntos establecidos con el tacómetro.

10. Desarrolla las siguientes actividades al parar el motor de la planta de emergencia.

Deja funcionar el motor descargado durante algunos minutos para que descienda la temperatura.

Detén el motor poniendo la llave en la posición de paro y tira

150

Capítulo 2

luego del mando de pare, si el motor lo tiene manual.

Corta la corriente cuando se ha parado el motor, poniendo la llave en la posición poner y quitar la llave para evitar que se descarguen las baterías.

Desconecta el interruptor maestro y cierra el grifo de paso del combustible (el interruptor maestro nunca debe desacoplarse mientras el motor está en marcha).

11. Realiza un reporte de la práctica describiendo la secuencia y funcionamiento del motor de la planta de emergencia.

12. Limpia y guarda la herramienta y equipo utilizada en el desarrollo dela práctica.


Formato propuesto para preparar el funcionamiento de la planta de emergencia.

Actividad a realizar

Nivel de refrigerante.

Filtro de aceite.

Nivel de aceite.

Nivel de combustible.

Alto Normal Bajo Observaciones

151

Capítulo 2

Formato propuesto para antes del funcionamiento de la planta de emergencia.

152

Capítulo 2

Formato propuesto para durante el funcionamiento de la planta de emergencia.

Formato propuesto para el paro de la planta de emergencia.

Actividad a realizar Alto Normal BajoO bservaciones

Los instrumentos de medición indican valores normales.Deja calentar el motor.Mantén la velocidad a 1400 rpm, en el calentamiento.La presión de aceite esta en rango normal, de acuerdo al manual.Evita el funcionamiento del motor con baja presión de aceite.Se apaga la luz de carga cuando se cargan las baterías.La temperatura del refrigerante es la normal.Acopla el embrague con la palanca de accionamiento.Existe voltaje de alimentación.Existe corriente de carga.La velocidad es de 1400 rpm.

Actividad a realizar Alto Normal Bajo Observaciones

Deja el motor descargado unos minutos, antes de pararlo.Para el motor con llave en la posición de paro.Corta la corriente cuando se para el motor.Desconecta el interruptor maestro al parar el motor.Cierra el grifo de paso de combustible.

153

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

11Realiza la operación de motores eléctricos.

Propósito: Opera los motores eléctricos a tensión reducida mediante elarranqueyparodediferentes formas,deacuerdoconsusespecificacionesyutilizandolasherramientayequiposnecesarios.Lugar de trabajo: Laboratorio o taller de electricidad. Duración:5horas.Contenido teórico: Debes considerar en esta práctica que cuando searranca un motor eléctrico conectándolo directamente a la tensión de la red, absorbe inicialmente una elevada corriente de arranque que segúnel tipo de motor puede llegar hasta 7 u 8 veces el valor de su corrientede régimen normal, desarrollando así un elevado torque de arranqueque puede aumentar al 160 % de su valor nominal Esta corriente ytorque elevado pueden causar problemas en el sistema eléctrico, asícomo también en la máquina accionada o en los materiales que sonprocesados, no así los motores de poca potencia, en los cuales el exceso de corriente absorbida al arranque no preocupa mayormente, por lo queel arranque directo es un sistemamuy simple y económico para iniciar lamarcha o detener cualquier motor eléctrico pequeño, ya sea monofásicoo trifásico de inducción. Por tanto en los motores grandes, el exceso de corriente suele producir sobrecargas y perturbaciones graves para todo el sistema de distribución, por lo que para iniciar la marcha de unmotoreléctrico se debe arrancar a tensión reducida, en la cual la corriente en las terminales del motor disminuye en proporción directa con la tensión reducida mientras que el torque se reduce en la relación del cuadradodedichatensión.Entre los sistemas de arranque de motores a tensión reducida que laindustria eléctrica puede ofrecer, sobresalen cuatro sistemas que son losmás conocidos:

a)Sistema de resistencias primarias.b)Sistema de autotransformador.c)Sistema estrella-triángulo.d)Sistema de bobinados parciales.

De los cuatro sistemas mencionados, los dos primeros son los mas utilizados, yaqueno requierende componentes especiales en la construcciónde losmotoresdeinducción(Alerich,W.1998).

154

Capítulo 2

Desarrollo: Realiza la conexión y operación de motores eléctricos a tensión reducida mediante el arranque y paro de diferentes formas, conla finalidad de determinar sus características de operación.Material y/o equipo: ·Motordeinduccióntrifásico,220Volts. · Interruptor termo-magnético. · 3 Contactores magnéticos de tres polos. · Relevador de sobrecarga. · Banco de resistencias trifásico. · Autotransformador trifásico en delta y estrella. · 2 fusibles de 3 amperes-250 volts, con base porta-fusible. ·Timer“ondelay”,tiponeumático. ·Transformadordecontrol220/110volts60Hz. · Estación de botón pulsador doble. ·Juegodeelementostérmicos. · Contacto auxiliar (N.C). ·Multímetrodigital. · Fuente de CA trifásica. · Pinzas de electricista. · Pinzas de punta. · Desarmador plano. · Desarmador de cruz. ·15paresdecablesdeconexiónbanana–banana. · Bata de laboratorio. · Guantes de carnaza. · Zapatos dieléctricos. · Gogles. · Cuaderno de apuntes. · Lápiz. · Goma.


155

Capítulo 2

Esquema 1. Motor de inducción a

tensión reducida.

Procedimiento:



3.Seleccionaelequipoyherramientaparadesarrollarlapráctica.

4. Para que arranques un motor trifásico jaula de ardilla a tensiónreducida por medio de resistencias primarias, arma el circuito del siguiente esquema1.

5. Energiza el circuito y realiza las mediciones de voltaje, corriente,potencia y resistencia.

6. Registra tus conclusiones.

7. Arranca un motor trifásico jaula de ardilla a tensión reducida pormedio de un auto transformador, para eso conecta el circuito mostrado ensiguienteesquema2.

PararArrancar

TR

TR

M

ATR

Motor

M M MA A

A

L1 L2 L3

OLT2

OL

T1 T3

1

2 3

TR

O L ´ S

B

L1 N

156

Capítulo 2

8.Energizaelcircuitodelesquemaanterior.

9.Realizalasmedicionesdevoltaje,corrienteyvelocidad.

10. Registra tus conclusiones.

11. Para arrancar el motor trifásico jaula de ardilla a tensión reducidaporconexiónestrella–delta,conectaelcircuitodelsiguienteesquema3.

Esquema 2

157

Capítulo 2

Esquema 3. Motor de induccion jaula

de ardilla en conexion estrella

delta

12.Energizaelcircuitodelesquemaanteriorycompáralocon loscircuitosdelosesquemas1y2.

13.Realizalasmedicionesdevoltaje,corrienteyvelocidad.

14. Registra los resultados.

15. Realiza un reporte de la práctica con los resultados y las conclusiones.

16.Limpiaelequipoutilizadoenlapráctica.


1

L1BP BA

TMS

TM

2M

O.L.S.N

S

TM S

4

2 5

3 6

T1 T3T2 T4 T6T5

S SS

S.C. S.C.

L1 L3L2

P PP

S S

158

Capítulo 2

Cuadro comparativo sugerido de parámetros de la conexiones del motor.

Contesta las siguientes preguntas:

1. Explica la función de los relevadores térmicos de sobrecarga.

2. ¿Cuáles son los dos tipos de elementos térmicos?

3. Explica el funcionamiento del elemento térmico de aleación fusible.

4.¿Conbaseenquécaracterísticadelmotorseseleccionanloselementostérmicos?

5. Explica, porqué es necesario permitir enfriarse a los elementostérmicos del relevador de sobrecarga después de haberse activado comoconsecuencia de una sobrecorriente.

Tipo de conexión del motor de inducción jaula de ardilla.

Motor de inducción jaula de ardilla conexión de resistencias primarias.

Motor de inducción jaula de ardilla conexión de autotransformador.

Motor de inducción jaula de ardilla conexión estrella – delta.

E1T1-T2

E2T2 - T3

VelocidadI1 I2 I3

159

Capítulo 2

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

Instrucciones: Subraya la respuesta correcta.

1. ¿Cuál es el dispositivo capaz de convertir la energía eléctrica en energía mecánica?a) Transformador b) Generador eléctrico c)Máquinadevapor d)Motoreléctrico

2. Se denomina así al aparato que permite convertir la energía mecánicaen energía eléctrica:a) Transformador b) Generador eléctrico c)Máquinadevapor d)Motoreléctrico

3.Esdenominadocomounamáquinacapazdeelevarodisminuirel valorde la corriente eléctrica:a) Transformador b) Generador eléctrico c)Máquinadevapor d)Motoreléctrico

4.Estamáquinaescapazdeproporcionarenergíaeléctricacontinua:a)MotordeCDenserie b)GeneradordeCDc)MotordeCDenparalelo d)GeneradordeCA

5. Esta máquina tiene la capacidad de generar una energía eléctrica quevaría de polaridad y sentido:a)MotordeCDenserie b)GeneradordeCDc)MotordeCDenparalelod)GeneradordeCA

6. Esta máquina tiene la característica es contar con un alto par dearranque:a)MotordeCDenserie b)GeneradordeCDc)MotordeCDenparalelo d)GeneradordeCA

7. Esta máquina posee la característica de tener una velocidad casiconstante.a)MotordeCDenserie b)GeneradordeCDc)MotordeCDenparalelo d)GeneradordeCA

160

Capítulo 2

8.Elconmutadorocolectoresunelementoquepodemosencontraren:a) El motor difusor b) El generador de CA c)ElgeneradordeCDd)Motordeinducción

9.Losanillosrozantessonelementosquecomponena:a) El motor universal b) El generador de cac)ElgeneradordeCDd)Motordeinducción

10.Elrotorjauladeardillaesunelementoquecaracterizaa:a) El motor universal b) El generador de ca c)ElgeneradordeCDd)Motordeinducción

11.EstamáquinapuedeseralimentadatantoporvoltajedeCAodeCD:a) El motor universal b) El generador de ca c)ElgeneradordeCD d)Motordeinducción

12. Se denomina así al movimiento oscilatorio de las partículas de un sólido:a)Motordeinducción b)Vibración c)Rotor d)Motorsíncrono

13. En un motor de corriente directa el inductor también es llamado:a)Motordeinducción b)Vibración c)Rotor d)Motorsíncrono

14. Los motores asíncronos también son conocidos como:a)Motordeinducción b)Vibración c)Rotor d)Motorsíncrono

15.Estedispositivotienelacaracterísticadequesuinductoresfijo.a)Motordeinducción b)Vibración c)Rotor d)Motorsíncrono

16.SondosdelosdevanadosqueposeeunmotordeCD:a) En corto circuito b) Auxiliar y principal c)Compuesto d)Serieyshunt

17.Sonlosdevanadosquecomponenaunmotordefasepartida:a) En corto circuito b) Auxiliar y principal c)Compuesto d)Serieyshunt

161

Capítulo 2

18.Estedevanadosóloseutilizaparaarrancarunmotordefasepartida:a) Capacitor b) Devanado auxiliar c) Devanado principal d) Interruptor centrífugo.

19. Este dispositivo permite desconectar el devanado auxiliar de un motor de fase partida:a) Capacitor b) Devanado auxiliar c) Devanado principal d) Interruptor centrífugo.

20. Este devanado es el que se queda operando en un motor de faseparidaunavezqueyaarrancó:a) Capacitor b) Devanado auxiliar c) Devanado principal d) Interruptor centrífugo.

162

Capítulo 2

Actividad 1.

Identifica las partes de cada generador para determinar a que tipopertenece.

Actividad 2.

Respuestas a las actividades Respuestas a las prácticas

Partes del motor:

A=Inducido

B=Bocina Inductora

C=Escobillas o carbones

D=Colector o conmutador

E=CarcasaTipo de motor: De corriente continua

163

Capítulo 2

Práctica 1.

1. Poseen bajo factor de potencia y baja eficiencia, lo que aumenta loscostos de energía eléctrica.

2. Los motores síncronos.

3. Posiciones separadas 90º, vistas desde un costado, vistas desde la parte superior .

4. 600 rpm.

5.35.78pulgadas(90.9cm).

Práctica 2.

1. Equipo de alineación láser, juego de lainas, medidor de vibraciones,indicador de carátula.

2. 500 rpm.

3. A través de unmotor de CA que impulse a una polea cónica, o poleaescalonada, unida por una banda a otra polea variable en la flecha desalida.

4. Cada motor cambiaría de manera simultánea y proporcional sus velocidades.

Práctica 3.

7.I1=0.6Aca I2=0.6ACAI3=0.6Aca

14.5Vcd

15.¿Aquésedebequeexistavoltajeenelcircuitoabierto?

R= Se debe a que existe unmagnetismo remanente en los devanados decampodelrotorydelestatordelamáquinadeCD.

Respuestas a las prácticas

164

Capítulo 2

18.

28.

30. ¿Puedes explicar porqué se tiene un voltaje de armadura a pesar dequelacorrientedecampoescero?

R= Es debido al magnetismo remanente de los devanados de campo delgenerador..

35.0.48__mACD.


40.0

37.5

35.3

33.3

31.5

30.0

28.5

0

0.15

0.16

0.17

0.18

0.19

0.2

0.21

6

6

6

6

6

6

6

6

0

0.9

0.96

1.02

1.08

1.14

1.2

1.26

IF (miliamperes)E A (volts)

O

50

100

150

200

250

300

350

400

4

12.5

25

37.5

50

62.5

75

87.5

100

165

Capítulo 2

38.

48.ObservasielvoltajeEAseincrementa.

R=Sí.

50.EA=8Vcd.

55.

66.EA.Síaumentaelvoltaje.

68.EA=10Vcd.


600

300

200

150

120

100

80

75

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.5

1.6

120

120

120

120

120

120

120

120

120

0

24

48

72

96

120

144

180

192


600

300

200

150

120

100

80

0

0.18

0.36

0.54

0.76

0.89

1.1

1.25

120

120

120

120

120

120

120

120

0

21.6

43.2

64.8

91.2

106.8

132

150

166

Capítulo 2

71.

Problemas:

1.

a) =1.021A.

b) =51.021A.

c) =252.75V.

d) =245W.

e) =650W.

2.

a) =200A.

b) =7.17A.

c) =207.14A.

d) =263.67V.


600

300

200

150

120

100

80

75

0

0.10

0.28

0.5

0.66

0.79

0.97

1.11

1.3

120

120

120

120

120

120

120

120

120

0

12

33.6

60

79.2

94.8

116.4

133.2

156

167

Capítulo 2

Práctica 4.

9.E1=15Vca E2=14.8Vca E3=14.9Vca

10. Explica porqué se genera un voltaje de CA cuando no hay excitaciónen CD.

R= Es debido al magnetismo remanente que existe en los campos delalternador de CA.

14.

17.E1=208Vca E2=208VcaE3=208Vca

20.E1a4=10VcaE2a5=10VcaE3a6=10Vca

29.I1=0.4Aca. I2=0.4Aca.

30.E1=0Vca I2=0Aca

32.=-100

34.I1=0.4Aca I2=0.4Aca

35.E1=208Vca I2=0.4Aca

I1 (amperes) E1 (volts) E2 (Volts) E3 (Volts) Eca (prom.)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

15

12

24

36

48

60

72

84

96

108

15

12

24

36

48

60

72

84

96

108

15

12

24

36

48

60

72

84

96

108

15

12

24

36

48

60

72

84

96

108

168

Capítulo 2

Problemas:

1.%Regulación=25.

2.Vvacío=12Kv.

3.%Regulación=4

4.Vplena-carga=80V

5.%deregulación=5.76

Práctica 5.

10.

13.=20

Problemas:

1.

a)Pregunta100V.

b)Pregunta266.67rpm.

c)Pregunta573Nm

E1 (volts) I (amperes)V elocidad (rpm)P ar (Lbf*plg)

120

120

120

120

120

0.6

1.2

1.8

2.4

4200

3800

3500

2500

0

3

6

9

12

169

Capítulo 2

2.

a)202V

b)57.87Nm.

Práctica 6

11.

12.


120

120

120

120

120

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1800

1780

1765

1760

1730

0

3

6

9

12

400

800

1200

1600

2000

36 91 2

Par (Lbf*plg)

Vel

oci

dad

RP

M

170

Capítulo 2

13. =4.04

Preguntas:

1.

a)=1Amp.

b)=115V

c)=250Watt

2.

a)236V.

b)P=11800W

c)P=12Kw.Hp=15.8

Práctica 7.

20.IL=0.8Acd rpm=1800.

21.


120

120

120

120

120

0.6

0.8

1.2

1.5

1.8

1800

1800

1790

1790

1760

0

3

6

9

12

171

Capítulo 2

23.

26. =2.27

Problemas:

1.x100=67.8%.

2.Regulación=24.13%

Práctica 8.

4.Devanadoprincipal=4ΩDevanadosecundario=8Ω

7.IDevanadoprincipal=1ACD.

8.RDevanadoprincipal=4Ω

12.IDevanadoAuxiliar=0.6ACD.

400

800

1200

1600

2000

36 91 2

Par (Lbf*plg)

Vel

oci

dad

RP

M

172

Capítulo 2

13.RDevanadoAuxiliar=8Ω.

18.rpm=1715.

20.rpm=1372.

22.IDevanadoprincipal=15Aca

25.IDevanadoAuxiliar=13ACA.

31.IArranque=22.5ACA.

35.

41.

45.IDevanadoprincipal=15Aca

48.IDevanadoAuxiliar=13ACA.

54.IArranque=22.5ACA.

E (volts) I (amperes) P (watts)V elocidad (rpm)V ibración

120

90

60

30

2.5

1.87

1.25

0.62

300

168.3

75

18.6

1800

1800

1800

1800

Normal

Poca

Demasiado

Demasiado

PAR (lbf *plg) I (amperes)V AP (watts)V elocidad (rpm)H P

0

3

6

9

12

2.5

2.8

3.0

3.4

3.8

300

336

360

408

456

210

235.0

252

285.6

319.2

1800

1800

1780

1760

1740

0

0.08

0.16

0.25

0.33

173

Capítulo 2

59.

66.

E1=208VCA. W1=249.6w.W2=249.6w.

I1=1.5ACA. I2=1.5ACA. I3=1.5ACA.

E2=200VCA.

68.

S=312VA. P=249.6Watts Q=280.8VAR

70.

E1=208VCA. W1=258.9w. W2 = 258.9 w.

I1=1.5ACA. I2=1.5ACA. I3=1.5ACA.

E2=5.76VCA.

72.

E1=208Vca. W1=328w. W2=328w

I1=1.9ACA. I2=1.9ACA. I3=1.9ACA.

E2=12.0VCA.

PAR (lbf *plg)I (amperes) VA P (watts) Velocidad (rpm)H P

0

3

6

9

12

3.2

3.6

3.8

4.3

4.6

384

432

456

516

552

268.8

302.4

319.2

361.2

386.4

1800

1800

1790

1780

1775

0

0.08

0.17

0.25

0.33

174

Capítulo 2

79.

I1=4.1ACA. I2=4.1ACA.

I3=4.1ACA.par=10lbf*plg

85.

I1=.8ACA. W1=250w.

I2=.8ACA.W2=250w.

I3=.8ACA.rpm=850.

89.

Problemas:

1.Hp=0.171

2.Par=8.739.0

3.Velocidad=7861.63rpm

PAR (lbf *plg) I1 (amp.)I 2 (amp.) I3 (amp.)W 1 (watts) W2 (watts) Velocidad. (rpm)

0

3

6

9

12

0.8

1.0

1.3

1.5

1.7

0.8

1.0

1.3

1.5

1.7

0.8

1.0

1.3

1.5

1.7

80

104

135

156

177

80

104

135

156

177

1800

1780

1760

1740

1700

175

Capítulo 2

Práctica 9.

8.

I1=0.8Aca I2=0.8Aca I3=0.8ACA

Velocidadmínima=200rpm.

9.

I1=1.8Aca I2=1.8Aca I3=1.8Aca

Velocidadmínima=600rpm. Velocidadmedia=400rpm

36.

E1=208Vca E2=56Vca I2=4.5Aca

pardearranque=9lbf*plg.

37.S=936VA paraplenacarga=12lbf*plg.

Problemas:

1.=1800rpm

2.Nºpolos=6

3.S%=11 Fr=6.6Hz

176

Capítulo 2

Práctica 10.Formato propuesto para preparar el funcionamiento de la planta de emergencia.

Formato propuesto para antes del funcionamiento de la planta de emergencia

Actividad a realizar Alto Normal BajoO bservaciones

Nivel de refriger X

X

X

X

ante.

Filtro de aceite.

Nivel de aceite.

Nivel de combustible.

177

Capítulo 2

Formato propuesto para durante el funcionamiento de la planta de emergencia.

Formato propuesto para el paro de la planta de emergencia.

Actividad a realizar Correc.I ncorrec. Irrelev. Observaciones

Los instrumentos de medición indican valores normales.Deja calentar el motor.Mantén la velocidad a 1400 rpm, en el calentamiento.La presión de aceite esta en rango normal, de acuerdo al manual.Evita el funcionamiento del motor con baja presión de aceite.Se apaga la luz de carga cuando se cargan las baterías.La temperatura del refrigerante es la normal.Acopla el embrague con la palanca de accionamiento.Existe voltaje de alimentación.Existe corriente de carga.La velocidad es de 1400 rpm.

X

X

X

X

X

X

X

X

XX

X

Actividad a realizar Correc. Incorrec. Irreev. Observaciones

Deja el motor descargado unos minutos, antes de pararlo.Para el motor con llave en la posición de paro.Corta la corriente cuando se para el motor.Desconecta el interruptor maestro al parar el motor.Cierra el grifo de paso de combustible.

X

XX

X

X

X

178

Capítulo 2

Práctica 11.

Tipo de conexión del motor de inducción jaula de ardilla

Preguntas:

1. Tienen un circuito normalmente cerrado auxiliar que es el conectadocon los demás circuitos auxiliares y a su vez, con la bobina de esta forma al sobrecargarse algún elemento térmico este se acciona quedandoabierto automáticamente el circuito auxiliar normalmente cerrado y a su vez,quedandodesenergizadalabobinaquitandolatresfasesdelacarga.

2. a) Aleación fusible. b) Bimetálico.

3. Al conducir unamayor corriente queda especificada por la aleación desoldadura, esta provoca que se funda permitiendo que gire y así abriendolos contactos.

4. Con base en la corriente plena del motor.

5. Debido a la inercia presente a la aleación es necesario que vuelva aquedarenestadosólidoparaquesujetealaccionador(relevador).

Tipo de conexión del motor de inducción jaula de ardilla.

E1 T1-T2E 2T 2-T3 I1 I2 I3 Velocidad

Motor de inducción jaula de ardilla conexión de resistencias primarias.

Motor de inducción jaula de ardilla conexión de autotransformador.

Motor de inducción jaula de ardilla conexión estrella – delta.

140

208

208

140

208

208

2.0

1.5

0.8

2.0

1.5

0.8

2.0

1.5

0.8

1750

1780

1750

179

Capítulo 2

1. d

5. d

9. b

13. c

17. b

2. b

6. a

10. d

14. a

18. b

3. a

7. c

11. a

15. d

19. d

4. b

8. c

12. b

16. d

20. c

Respuestas a la autoevaluación

180

Capítulo 1

Glosario

Alternador

Tiene como finalidad convertir la energía mecánica a energía eléctrica de corriente alterna.

Ampere

Unidad de medición de la corriente eléctrica.

Anillos

Es un medio conductor que permite hacer posible se exciten las bobinasdelapartemóvildelamáquina.

Armadura

Estructura interna de una máquina eléctrica, similar a un rotor, la cualtiene un movimiento giratorio libre, su característica a diferencias del rotor es que se encuentra conformado por bobinas de alambre magneto decobre y un conmutador.

Autoexcitación

Es cuando se aprovecha parte de la energía de salida generada paraalimentar su campo.

CA

Corriente Alterna

Caballo de fuerza

Medidadelatasadetiempopararealizaruntrabajo.

Calza

Herramienta con forma de cuña, utilizada para inmovilizar algunamáquinapara evitar su desalineación.

Carcasa

Selellamaasíalacubiertaoenvolventedelamaquinaeléctrica.

CC

Corriente Continua

181

Capítulo 1

CD

Corriente Directa

Cojinete o rodamiento

Consiste en un conjunto de esferas las cuales se encuentran unidas porun anillo interior y uno exterior, estas producen un movimiento al objetoquesecoloquesobreelcojinete.

Conmutador

Elemento formado de barras duras de cobre laminadas con precisión en forma de cuña, las cuales están separadas una de otra por segmentos de laminillas de mica, cuyo grosor debe conservarse de modo muy preciso paraobtener unespaciamiento casi perfectode las barras yquenohayaoblicuidad, las cuales van montadas en un extremo de la armadura.

Corriente alterna

Corrientequecambiademagnitudydirección.

Corriente continua

Corriente cuya dirección no varía.

Corriente de arranque

Corriente que toma un motor en el momento de hacerlo de hacerlotrabajar,yaseaenvacióoconcarga.

Deslizamiento

Se define como la diferencia de velocidades.

Devanado

Sonespirasdealambremagnetodediferentes calibresque vanmontadossobre las zapatas de los núcleos polares.

Dinamómetro

Instrumentoquesirveparamedirlasfuerzasmotricesyparaprobarlaresistenciadelasmáquinas.

Electroimán

Consiste en una barra de hierro dulce, que se encuentra situada en elinterior de un carrete que se imanta mientras que a través de este sehacepasarunacorrienteeléctrica.

182

Capítulo 1

Escobillas

Hazdehilosdecobredestinadosamantener el contacto, por rozamiento,entredospartesdelamáquina.

Escobillas o simplemente carbones

Estas piezas se deslizan sobre las barras del conmutador y llevan la corriente de carga de las bobinas de la armadura al circuito externo.

Estator

Es el inducido o parte fija de un alternador constituido por un núcleo ybobinas.

Fase partida

Motor monofásico de inducción, con devanado auxiliar, desplazado en laforma de posición magnética y conectado en paralelo con el embobinado principal.

Flecha

Es una barra de acero circular donde va montado el paquete prensadode laminaciones y el conmutador.

Frecuencia

Número de variaciones completas (ciclos) realizadas en un segundo por una corriente alterna.

Generador

Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar laenergía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura.

Inducción

Es un fenómeno por el cual una fuerza electromotriz se origina en un medio o cuerpo al exponerse éste a un campo magnético variable, o si el campo es estático y el cuerpo afectado móvil

Inducido o estator

Es la parte fija de un alternador, y esta constituido por núcleo y bobinasenlasqueseinduceunafuerzaelectromotriz.

183

Capítulo 1

Interconexión

Interconectar con otros controladores, dispositivo interconectado de tal maneraqueloscontactosdeuncircuitocontrolenaotro.

Interruptor

Es un dispositivo que se emplea para establecer, interrumpir, o cambiarlas conexiones de un circuito eléctrico.

Monofásico

Esunsólovoltajeycorrienteenlalíneadealimentación.

Motor

Es una parte de máquina capaz de transformar cualquier tipo de energíaenenergíamecánicacapazderealizaruntrabajo.

Osciloscopio

Esun instrumentodemediciónelectrónicoquesirvepara larepresentacióngráficadeseñaleseléctricasquepuedenvariareneltiempo.

Par de arranque

Es el que desarrolla unmotor en reposo en elmomento en que se aplicaenergíaeléctricaasusdevanados,ylaflechaempiezaagirar.

Par

Se define como las fuerzas que desarrollan los motores en los extremosdel rotor para poder girar.

Polo

Extremo magnético norte o sur, de un imán.

Potencia mecánica

Eslaenergíaquetransmiteunmotoraunacargaparamoverla.

Potencia total

Es la potencia que entra al motor y por lo mismo con la que trabaja, yesequivalentealapotenciareal.

Potencia útil

Eslapotenciaeléctricaqueutilizaelrotorparagirar.

Potenciómetro

Resistencia variable con dos terminales exteriores fijas y una en brazomóvil del centro.

184

Capítulo 1

Relevador de sobrecarga

Proteccióndesobrecorrientedurantelamarcha.

Relevador

Es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptorcontrolado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobinay un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos quepermiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

Rendimiento

Se define como el grado de efectividad de un motor, se determina por la relación de la potencia útil.

Reóstato

Resistenciaqueestaprovistaemedioparavariarrápidamentesuresistenciasinabrirelcircuito,enquesepuedaencontrarconectado.

Resistencia

Es la oposición que ofrece una sustancia o un cuerpo al paso de unacorriente eléctrica y convierte la energía eléctrica en calor.

Rotor

Es la parte que constituye la parte interna de una máquina eléctrica, lacual tiene un movimiento giratorio libre.

Solenoide

Bobina tubular, conductora de corriente que proporciona la acciónmagnéticaparadesempeñarvariasfuncionesdetrabajo.

Tacómetro

Es un dispositivo para medir la velocidad de giro de un eje, normalmentelavelocidaddegirodelmotor,semideenRevolucionesporminuto(RPM).

Torque

Eslatorsiónofuerzadegiroquetiendeaproducirrotación.

Velocidad síncrona

Lavelocidaddesincronismoenunamáquinadecorrientealternadependede la polaridad y de la frecuencia de la red de suministro eléctrico.

185

Capítulo 1

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Páginas de internet consultadas

Créditos

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