Download 1 - Repositorio Institucional del Servicio Nacional de aprendizaje

Guia de Estudio
ELECT_ ,iCIO
PLICA'
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De la Serie de
Entrenamiento en Mantonirmento Eléctnco
de Te'-A~ rain
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19951&DICIOINI
ESPEICIIAL SENA
TIELMA~TRAIN
A
~Ve5tcot# Compan'y
Gula de Estudi'o,
TEL~A&TRAIN,INC.
A Westcott Comp'any
3D9INorth Market Street, ChatlarlOoga. TN 3,7405
1~800-251 -ecie
Tel: 42.3-26'6-0113 • Fax: 423-267-2555,
USA
19'95 EDICION ESPEC IAL SENA
e 19'95 TEL-A-TAAIN, tnc.
TEL-A":TRAIN, INC.
A Wsstcott Comp.any
Derechos de Autor
Todos Derechos Hassrvadcs
INTRODUCCION
Este curso sobre Electricidad Aplicada está dívidído en seis Lecciones de Video, cada una de
las cuales se acompaña de una sección, en esta Gura de Estudio.
El curso se inicia con tres leCCiones que tratan sobre el comportamiento de la Comente
Altema (CA) y la Corriente Directa (CD). Importante terminología es presentada y explicada.
Entre los temas tratados están los relacionados con la Ley de Ohm, la Ley de Potencia, así
como las características de varios circuitos eléctricos.
La lección número 3. sobre circuitos, bobinas y capacitares, está dividida en dos partes. Esto
se debe a que la información de la segunda parte es algo más avanzada.
no tenga que cubrir ese material.
Puede que usted
La lección numero 4 describe en detalle los sistemas de energ(a trifásica.
La lección número 5 se refiere a la comprensión y uso de los diagramas lógicos en escalera
de los relevadores. as! como de otros esquemas.
La leoclón número 6 se refiere a los procedimientos de investigación de fallas eléctricas.
Enseña el método correcto que se debe usar y, suministra muchos consejos prácticos acerca
del equipo eléctrico y los equipos de prueba
Usted encontrará un Apéndice, al final de la Guía de Estudio, el cual conlienelnformación muy
práctica sobre la instalación y mantenimiento de transformadores, fusibles, interruptores y
motores.
Para hacer el mejor uso de este curso, es aconsejable que usted vea primero la lección en el
vídeo, en el cual se presentan y demuestran los temas. Luego, lea el material de la correspondiente leCCión, en este manual -- lo cual reforzará y aumentará su conocimiento sobre la
materia. El manual también le agregará nueva información relacionada con la lección. Usted
encontrará ejercicios prácticos, en cada lección. Estos están diseñados para ayudarle a
aprender los temas. Desarrolle esos ejercicios y, compruebe sus respuestas con las Que se
presentan al final de la lección.
En algunos casos, usted puede desear ver de nuevo la lección en video, a fin de captar ciertos
puntos que no haya comprendido en la primera vez que lo observó.
Cuando usted piense que ha aprendido el tema, conteste las preguntas del Repaso Final que
se encuentra al final de la lección,
LECCION 1
Introducción a la Electricidad
INTRODUCCION
Este curso comienza con una explicación de lo que es la electricidad, cómo se origina y
se comporta. En esta lección se explican el voltaje, la corriente, la resistencia y la energia
o potencia eléctrica y, se emplea la Ley de Ohm para explicar sus Interrelaciones en un
circuito eléctrico.
OBJETIVOS
Tanto el programa de video como la lección en la Guia de Estudio, están diseñados para que
usted sea capaz de:
• Explicar la electricidad estática y la dinámica como movimiento de electrones.
• Calcular, mediante el empleo de la Ley de Ohm, el voltaje, la corriente y la resistencia de
un circuito de CD.
• Utilizando la Ley de Potencia, calcular la potencia eléctrica, en vatios.
• Convertir vatios a caballos de fuerza.
• Calcular los conductores en forma apropiada.
1-,
ELECTRICIDAD
ES EL MOVIMIENTO DE CARGAS ELECTAICAS LlAMADAS
ELECTRONES.
Los átomos de la materia contienen electrones,
los que son partículas con carga negativa. Los
electrones se mueven alrededor del núcleo de
su átomo, el cual contiene partículas cargadas
positivamente llamadas protones. Normalmente las cargas positivas y las negativas se
encuentran en equilibrio en la materia. Cuando
los electrones se mueven de su posición normal
en los átomos, se observan efectos eléctricos:
1. Electricidad Estática es el resultado de
electrones que han sido movidos de su posición normal en sus átomos, generalmente
mediante la fricción. Esto produce una carga
eléctrica estática en la materia. Cuando hay
demasiados electrones, la carga es negativa;
cuando son muy pocos, la carga es positiva.
"Estática" quiere decir que los electrones no
se están moviendo. Tienen la tendencia a
regresar a su posición normal, lo que no
logran, pues un aislante, como el aire,
impide su movimiento.
Esta diferencia en la carga eléctrica se denomina diferencia de potencial; se mide en
voltios y es una forma de voltaje eléctrico.
+
Cuando la diferencia de potencial, o voltaje, llega a ser lo suficientemente grande, los
electrones se mueven repentinamente en forma de chispa, o de descarga estática. Este
movimiento de electrones es un tipo de corriente eléctrica. Debido a que el voltaje se
disipa, es breve y de muy poco uso.
1-2
2. Electricidad
Dinámica es un flujo de electrones continuo y controlado.
• La corriente es el flujo de electrones en un conductor, medido en Amperios.
Un amperio
representa un gran número de electrones que se desplazan por un segundo.
• El flujo de electrones requiere mantener un cierto voltaje que empuje los electrones en
forma continua. En la electricidad dinámica, el voltaje generalmente se conoce con el
término de Fuerza Electromotriz, o FE.M. Una FEM continua produce una corriente
continua.
• El flujo de electrones necesita un conductor, un material como el cobre, o el aluminio,
que permita a trávss de él, un fácil desplazamiento de los electrones.
VOLTAJE
El voltaje o FEM, es la diferencia de carga eléctrica entre dos puntos. Con ei fin de mantener
esta diferencia, debe existir un exceso de electrones en un cierto lugar y, una deficiencia de
electrones, en otro lugar.
Por ejemplo, en una batería, las reacciones
qulmicas mantienen en el terminal negativo
un gran suministro de electrones y, una
deficiencia, en el terminal positivo.
Cuando se conecta una alambre conductor entre los terminales, proporcionando de esta
manera una trayectoria ininterrumpida entre los terminales, los electrones fluyen del terminal
negativo al terminal positivo.
Los átomos en un buen conductor, poseen electrones libres. Cuando los electrones, de la
batería, se mueven dentro del conductor, empujan a los electrones del conductor delante de
ellos, en una especie de reacción en cadena.
1-3
RESISTENCIA
Excepto en el caso de materiales superconductores
total libertad.
especiales, los electrones no fluyen con
En algunos aisladores, como las cerámicas y los plásticos, los electrones están fuertemente
ligados a sus átomos. Mientras el voltaje o FEM no sea muy alto, generalmente de miles de
voltios, no se mueve ningún electrón. Esta es la razón por la que se utilizan los aislantes para
controlar la electricidad en forma segura.
En todo conductor el más mlnimo voltaje mueve electrones. Sin embargo, en aquellos
materiales con una gran Resistencia, se moverán muy pocos. En materiales con poca resistencia, se moverán muchos electrones, con pequeños voltajes.
La resIstencia se mide en Ohmios y es representado por el símbolo
n (omega).
LEY DEOHM
La Ley de Ohm muestra la relación entre voltaje, corriente y resistencia, dentro de un circuito.
SI conocemos el valor de dos de esos elementos, podemos calcular el valor del tercero.
LEY DE OHM: E
=IxR
En la fórmula:
E es la Fuerza .Electromotriz, o diferencia de potencial, medida en voltios, la cual es
corriente en movimiento a través del conductor.
I es la intensidad del flujo de electrones, o Corriente a través del conductor, medida en
Amperios.
R es la Resistencia, u oposición medida en Ohmios, al flujo de electrones en el conductor.
La Ley de Ohm nos dice que:
a) la corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Si aumenta la resistencia,
la corriente disminuye. Si la resistencia disminuye, la corriente aumenta.
b) La corriente es directamente proporcional al voltaje. Es decir, si el voltaje aumenta,
la corriente aumenta; si el voltaje disminuye, la corriente disminuye.
1·4
EJERCICIO PRACTICO I
El círculo que se dibuja a continuación, es una manera fácil de recordar las relaciones de la
Ley de Ohm.
Si se cubre la E (FEM o voltaje), el círculo mostrará que: Voltaje = I (corriente) x R (resistencia). Cubriendo la 1,y cubriendo después la R, use el círculo para escribir las fórmulas de
corriente y resistencia.
E= IR
1=
Utilizando la fórmula de la Ley de Ohm, resuelva ahora los siguientes problemas:
2 ohmio.
1. ¿Cuánta corriente consumirá la carga?
2. ¿Cuál es el valor de la resistencia de la
carga?
+
1.5volllo.
20 ohmio.
tmperlo.
3. ¿Cuál es el voltaje de la fuente?
_.-/
t
1·5
LA CORRIENTE ES SEMEJANTE
AL FLUJO DE UN LlOUIDO
B
A
flujo
válvula
En el diagrama anterior, el tanque A está conectado con el tanque B mediante un tubo que
tiene una válvula.
1. Si la válvula está cerrada (resistencia infinita), no hay flujo (corriente). Los tanques están
"aíslados" entre sI.
2. Si la válvula está ligeramente abierta (gran resistencia) no fluirá mucha agua por el tubo.
3. Si se abre mucho la válvula (disminución de la resistencia), el flujo aumenta.
4. Si la apertura de la válvula no se altera, elllujo del tanque A al tanque B, depende de la
diferencia de nivel (voltaje) entre los dos. Si el nivel en ambos tanques es el mismo, no
fluirá agua.
Pero, mientras el nivel del tanque A sea mayor, esté o no fluyendo agua, existe el potencial
para que fluya. El mayor nivel en A, está ejerciendo una presión, la cual es muy semejante a
la presión eléctrica del voñaie.
Obsérvese que en este sistema de tanques, siempre que fluya agua del tanque A al tanque B,
la diferencia de nivel entre los tanques disminuye. Esto es semejante a la situación durante
una descarga estática; la diferencia de potencial entre los cuerpos cargados disminuye,
cuando los electrones se regresan a su posición normal.
La única manera de producir un flujo continuo, es reciclar el agua en un circuito completo
desde el tanque B al tanque A y la de mantener el nivel más alto en el tanque A. Esto es
exactamente lo que sucede cuando una FEM produce una corriente continua de electricidad.
El vo~aje permanece y hace que los electrones fluyan alrededor del circuito en forma continua.
1-6
LA CORRIENTE CONTINUA REQUIERE DE UN CIRCUITO COMPLETO.
Para semejar todavía más, el sistema de los tanques y el tubo. a un circuito eléctrico completo
con una fuente de FEM, coloque una bomba que transporte el agua del tanque B al tanque A.
La bomba puede producir una determinada presión máxima (voltaje de la fuente); la bomba
moverá el agua hasta que se alcance esa presión.
B
A
válvula
bomba
Cuando se cierra la válvula y se enciende la bomba, aumentará la diferencia de nivel del agua
entre los tanques, en la medida en que la bomba transporte agua del tanque B al tanque A.
Cuando la diferencia de nivel produzca una presión igual a la presión que la bomba puede
producir, la bomba dejará de mover el agua.
Cuando se abra la válvula, la bomba vuelve a mover agua, tanta agua desde el tanque B
hasta el tanque A, como la que fluye por el tubo desde el tanque A al tanque B. El nivel no se
disminuye en forma significativa.
De esta manera, prácticamente la bomba mantiene la misma presión, sea que el agua fluya o
no, del tanque A al B.
1-7
En realidad, no se necesitan los tanques. La bomba. sin.los tanques. mantendrá la presión
alta de un lado y baja en el otro.
válvula
bomba
Las fuentes de FEM (baterlas y generadores) son como las bombas: mantienen un voltaje
constante, esté o no, fluyendo la corriente.
Los conductores de un circuito eléctrico son como los tubos.
La resistencia del circuito principal, generalmente llamada la carga, es como la válvula.
CARGA
!SOpal
L
válvula
J
bomba
Cuando el agua pasa a través de la válvula, pierde presión debido a la resistencia de la
válvula. Si el agua entra a una presión de 50 libras por pulgada cuadrada --psi-- (la presión
que puede producir la bomba), y pierde casi toda su presión al atravesar la válvula, la bomba
tendrá que seguir produciendo una presión de 50 libras, para que continúe el flujo del agua.
Algo similar le sucede al voltaje en un circuito eléctrico. El voltaje a través de cualquier resistencia, generalmente se le conoce como una Caída de Voltaje. La resistencia de la carga en
un circuito, ocasiona una pérdida de voltaje igual al voltaje de la fuente. Se produce una caída
de voltaje de tres voltios, a través de la carga, cuando la fuente está produciendo tres voltios.
El voltaje de la fuente iguala el voltaje que atraviesa la resistencia de la carga.
1·8
CDyCA
La corriente eléctrica puede ser Corriente Directa (CD) o Corriente Alterna (CA).
1. Como el flujo entre los tanques, la Corriente Directa puede parar o arrancar, o cambiar
su magnitud, pero siempre fluye en la misma dirección.
Los electrones fluyen en una sola dirección pues la polaridad del voltaje, o de la fuente
de FEM es la misma: uno de los terminales o polo de la batería, es siempre positivo y el
otro negativo. La fuente es como una bomba que funciona en una sola dirección.
Los electrones fluyen del terminal negativo al terminal positivo:
2. Una fuente de CA, sin embargo, produce
voltaje es como la presión producida por
atrás y hacia adelante. Cuando el pistón
en una cierta dirección, cuando el pistón
en la dirección opuesta.
un voltaje que regularmente alterna su sentido. El
una bomba con un pistón que se mueve hacia
se mueve hacia la izquierda, se ejerce la presión
se mueve hacia la derecha, se ejerce la presión
Obviamente, el flujo (corriente) producido, también alternara su sentido .
•
La mayoría de la electricidad que se produce es CA. Como veremos en la lección 2, la polaridad del voltaje cambia debido a la forma como se genera la electricidad. Y veremos que,
también, un flujo de corriente alterna produce potencia, asf como la produce, la corriente que
se mueve en una sola dirección .
• La corriente algunas veces, se representa como un IIuJo del polo positivo al negativo. ESlo se conoce como
el Flujo Convencional y su existencia se debe a la manera como Benjamín Franl<fin pensó que se movía la
oorriente. En este curso utilizamos el movimiento preciso de los electrones del polo negativo al positivO.
LOS GENERADORES
ELECTRICOS TRANSFORMAN
y TRANSMITEN
ENERGIA
luz
calentador
motor
generador
motor
Generalmente, en una planta de energía eléctrica:
a} La energía calórica es primero transformada en energía mecánica mediante un motor
o turbina.
b) Un generador transforma esta energía mecánica en energía eléctrica.
e) La energía eléctrica es enviada por medio de las líneas de energía.
d) Al otro extremo de las líneas de energia, la energía eléctrica es convertida de nuevo
en cargas, y estas, en alguna otra forma de energía, generalmente mecánica,
calórica o lumínica.
POTENCIA ES LA TASA DE CONVERSION DE LA ENERGIA
La potencia o energía eléctrica, que se mide en Vatios ("watts"), es la velocidad con que la
energía eléctrica es convertida en otra forma de energía.
En un molino de agua, entre más agua fluya, mayor será la velocidad de las vueltas del molino
o, entre mayor sea el torque (momento de torsión) ejercido por su eje. mayor será el trabajo
que realiza en un tiempo determinado.
Igualmente, entre mayor sea la potencia o energía eléctrica suministrada a un motor, medida
en vatios, mayor será el trabajo que el motor realice en un determinado tiempo.
, -10
POTENCIA
= CORRIENTE
x
VOLTAJE
La Potencia o energía eléctrica, o sea la tasa a la cual la energía eléctrica se convierte en
otra forma de energía es, simplemente, la corriente multiplicada por el voltaje. Un voltaje de un
voltio, al impulsar una corriente de un amperio, produce un vatio de potencia.
En este circuito, 120 voltios al impulsar
una corriente de un amperio, producen
120 vatios de potencia.
120V
P= I E
P = 1 amperio x 120 voltios
1amp
P = 120 vatios
En los sistemas de potencia un vatio es una unidad de medida demasiado pequeña para ser
usada. Una unidad más común es el kilovatio, que equivale a mil vatios. En los grandes siso
temas de potencia, la unidad estándar es el megavatio, que equivale a un millón de vatios.
ENERGIA CONSUMIDA
= VATIOS
x TIEMPO
La energía eléctrica, producida o utilizada, se mide
en vatios multiplicados por tiempo o, generalmente,
en kilovatios-hora.
La velocidad con la que gira el
disco de un "contador eléctrico" está determinada por
los vatios de energía que se están utilízando. El
tablero indicador señala el número de veces que gira
el disco, para una medida en kilovatios-hora (Kw-hr),
de energía eléctrica utilizada durante un determinado
período de tiempo.
EJERCICIO PRACTICO 11
1. El motor de un ventilador, generalmente consume dos amperios a 120 voltios. ¿Cuánto
costará su funcionamiento durante 24 horas, si el costo de la electricidad fuera de 5
centavos por kilovatio-hora?
2. Si un calentador de agua produce 4800 vatios a 240 voltios, ¿cuánta potencia produciría
a 208 voñtos?
1 - 11
LOS CONCEPTOS DE: VOLTIOS, AMPERIOS, OHMIOS y VATIOS, ESTAN
RELACIONADOS ENTRE SI.
Si se conocen dos de las cuatro cantidades
básicas - voltios, amperios, ohmios y vatioses posible calcular las otras dos. El diagrama de
la izquierda resume las relaciones.
Note que V se usa en lugar de E, ya que la fuerza
electromotriz se aplica únicamente al voltaje de la
fuente. Estas fórmulas se aplican a cualquier tipo
de voltaje: voltaje de la fuente y VOltaje a través
de las cargas.
• Por ejemplo, si se conocen los vatios (w) de una bombilla eléctrica, y el voltaje que la
atraviesa. se puede calcular la corriente que pasa a través de ella (1)mientras transforma
la energía eléctrica en enerqía lurnlnlca,
Para hallar la corrtente, emplée la fórmula
P - IV.Suponga que los vatios de la bombilla son 40 w. y que ha sido conectada
a una fuente de 12 vohios.
P-IV
I.PN
1= 40/12 - 3.3 amperios
• Siempre que una corriente atraviese una resistencla, se pierde algo de energía en forma
de calor. La energía perdida generalmente se calcula con la fórmula P IZR,ya que se
conocen tanto la corriente como la resistencia.
=
Por ejemplo. si la Iong~ud de una Ifnea de
energía tiene una resistencia total de 10
ohmios y la corriente que transporta es de
10 amperios. la ~rdida de potencia en esa
sección de la línea será de 1000 vatios.
P _ 1tR
P - <10)2 amperios
P- 100x 10
P - 1000 vatios
x 10 ohmios
• Las placas de identificación de los equipos eléctricos, frecuentemente suministran el
voltaje de funcionamiento y los vatios. Puede que la corriente se encuentre o no especificada. La resistencia lo está algunas veces.
Por ejemplo, si un calentador opera con
240 voltios y 750 vatios y se necesna
conocer su resistencia. se emplea la
fórmula P = 'J'!/R.
1 -12
P _ V2/R
R _ 'J'!/P
R - 57.600n50
R = 76.8 ohmios
CABALLOS
DE FUERZA (HP)
La tasa a la cual un motor realiza un trabajo
mecánico se mide en términos de sus caballos
de fuerza ("horsepower"). Un caballo de fuerza
se define como la aplicación de una fuerza de
550 libras en una distancia de un pie, durante
un segundo. En otras palabras, se necesita
1 HP para levantar 550 libras a la distancia de
un pie, en un segundo.
550 lbs
lHP=
550 pie-Ibs/seg
Ó
746 nt-mlseg
En el sistema métrico, 1 HP es una fuerza de
746 Newtons (nt), aplicados a lo largo de un
metro durante un segundo.
Un Caballo de Fuerza
= 746 Vatios
Un motor de 3 HP, deberá consumir 2238 (3 x 746) vatios de potencia, pues un caballo de
fuerza equivale a 746 vatios. Sin embargo, consumirá un poco más, debido a que los motores
no son 100% eficientes.
EFICIENCIA
La eficiencia de un componente eléctrico es la razón o proporción de la energia que sale con
relación a la energía que entra.
Eficiencia = energ~a que sale
snarqra que entra
El calentador es la única carga eléctrica que es 100 por ciento eficiente.
EJERCICIO PRACTICO 111
El motor de un elevador levanta 1000 libras a una distancia de 50 pies, en 30 segundos.
a) ¿Cuántos caballos de fuerza desarrolla el motor mientras las está levantando?
b) SI el motor es 100% eficiente, ¿cuánta energla eléctrica es transformada en energía
mecánica?
c) Al emplear un medidor de vatios, se encuentra que el motor necesita 2712 vatios para
subir el elevador. ¿Cuál es la eficiencia real del motor?
1 -13
CONDUCTORES DE CIRCUITO
Los alambres deben poder transportar, en forma segura, la corriente de un circuito. sin
recalentamiento. Y, cuando se necesiten largas longitudes. los alambres no deben causar
grandes caídas de voltaíe en el circuito.
La capacidad de transporte de corriente de un alambre determinado y la caída de voltaie que
tendrá lugar a lo largo de cierta extensión, dependen del material y del calibre del alambre.
Una vez que se conozcan las exigencias del circuito, se podrá encontrar la información necesaria, para escoger y dimensionar correctamente el calibre de los alambres. en los cuadros
disponibles en el Código Nacional de Electricidad y en otras fuentes.
Números de la AWG
Los calibres estándar de los alambres. se refieren al diámetro del alambre y, generalmente se
identifican con los números del American Standard Wlre Gauge.
Ejemplo: Resistencia del Alambre de Cobre Retorcido, para CD
Resistenda.
Calibre
AWG
410
3/0
2/0
1/0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
Mlls círculares MCM
400
350
300
250
211
167
133
105
83
66
52
41
33
26
20
16
13
10
6
Suave o
templado
0.02684
0.03079
0.03592
0.04311
0.05093
0.06422
0.08097
0.1021
0.1288
0.1624
0.2047
0.2582
0.3256
0.4105
0.5176
0.6528
0.8233
Q
ohmios por 1000 pias a 68 F
Dureza
media
0.02736
0.03127
0.03648
0.04378
0.05172
0.06522
0.08223
0.1037
0.1308
0.1649
0.2059
0.2596
0.3274
0.4128
Dureza
tensionada
0.02750
0.03143
0.03667
0.04400
0.05199
0.06556
0.08256
0.1043
0.1315
0.1658
0.2070
0.2610
0.3291
0.4149
1.038
1.650
Los calibres AWG van desde 4-cero (4/0) hasta 40. Entre mayor sea el número del calibre,
más delgado es el alambre.
Los alambres mayores de 4/0 normalmente se enumeran por su área en miles de milésimas
circulares MeM.
1 ·14
RESISTENCIA y AMPACIDAD
Con excepción de algunos superconductores especiales, todos los conductores presentan
alguna resistencia al paso de la corriente eléctrica.
La resistencia de un determinado metal es, algunas veces establecida como su Resistividad,
o Resistencia Específica. Este valor facilita la comparación de un metal con otro.
Lo más frecuente es que la resistencia de un alambre, se establezca en ohmios por 1000 pies
a una temperatura determinada> , como en la tabla anterior. La resistencia de cualquier longitud de alambre se puede encontrar multiplicando la resistencia por 1000 pies (r) por la longitud
(L), dividido por 1000.
R = r x Lf1000
Por ejemplo, para un alambre de cobre suave retorcido, número AWG 14, la resistencia a la
CD, de 400 pies a una temperatura de 68°F (200C) es:
R = 2.624 ohmios x 400/1000
= 1.049 ohmios
La ampacldad de un determinado alambre indica su capacidad de conducir la corriente.
Ejemplo: Tabla de Ampacldad
(Tamano)
AWG
(60·C)
(140'F)
(7S'C)
(167"F)
(85"C)
(ISS'F)
(60te)
(140°F)
Cobre
12
25
lO
30
8
6
40
55
25
35
50
65
(75'C)
(16"7"F)
(8S'C)
(ISSOF)
Aluminio
30
40
55
70
20
25
30
40
20
30
40
50
25
30
40
55
Esta parte de una tabla típica de ampacidades, muestra que el alambre de cobre número
8 AWG, puede transportar 40 amperios a 60·e, pero el número 8 de aluminio transporta
solamente 30 amperios.
Se deben escoger los conductores que puedan transportar el amperaje del circuito.
La clase de aislamiento de un alambre, con frecuencia influye en la ampacidad. Esto se debe
a que algunos tipos de aislamientos pueden soportar mayores temperaturas que otros. Las
tablas especifican la ampacidad, tanto en términos de aislamiento como en términos del
calibre AWG .
• Bajo la mayoría de las condiciones, la lefl1)eralura afecta muy poco al cobre y al aluminio, lo que se puede
pasar por aho. Sin embargo, para condiciones extremas, se deberá corregir la ampacidad y la resistencia por la
lemperatura.
1 -15
Respuestas
a los Ejercicios
Prácticos
EJERCICIO PRACTICO I
I = E/A; A = E/l
1. la carga consumirá E/A = 6/2 = 3 amperios.
2. La resistencia de la carga es E/I
3. El voltaje de la fuente es 1 x A
=>
1.5/3
= 3 x 20 =
= 0.5
ohmios.
60 voltios.
EJERCICIO PRACTICO 11
1. El motor del ventilador consume 2 amperios x 120 voltios = 240 vatios. Se necesitarán
240 vatios x 24 horas = 5760 vatios-hora para funcionar durante 24 horas; es decir,
5760 kilovatios-hora. A 5 centavos el kilovatio-hora, el costo total será 5760 x 5 = 28.8
centavos.
2. Divida primero los vatios por el voltaje, para obtener la corriente, a 240 voltios: 48001
240 = 20 amperios. Divida luego, el voltaje por la corriente. para obtener la resistencia
del elemento: 240/20 = 12 ohmios. Si la resistencia permanece la misma a 208 voltios,
la corriente será 208/12 = 17.33 amperios. Si se multiplica esta corriente por el voltaje,
se obtienen los vatios: 17.33 x 208 = 3605 vatios, a 208 voltios.
EJERCICIO PRACTICO 111
a) El elevador levanta 1000 libras, a una distancia de 50 pies, en 30 segundos. Esto es
equivalente a 1000 x 50 = SO,OOOlbs-pies en 30 segundos, Ó 50,000/30 = 1667 lbs-píe/
segundo. Un caballo de fuerza equívale a 550 lbs-píe/segundo. Por consiguiente:
1667/550 = 3.03 caballos de fuerza.
b) Un caballo de fuerza es equivalente a 746 vatios de energía eléctrica. Por tanto:
3.03 caballos de fuerza son 3.03 x 746 = 2260 vatios.
c) La eficiencia es la potencia que sale, dividida por la potencia que entra. Si el motor
produce 3.03 caballos de fuerza, 6 2260 vatios de salida, y consume 2712 vatios, su
eficiencia es 2260/2712 = 0.833, 6 83%.
1 - 16
'
REPASO FINAL
INSTRUCCIONES:
Escoja la respuesta que mejor complete la proposición.
1. La electricidad dinámica se diferencia de la electricidad estática en que la electricidad
dinámica exige:
A. altos voltajes.
B. una diferencia de potencial.
C. fricción para producir cargas.
D. una FEM contrnua.
2. El voltaje es, siempre, el resultado de:
A una reacción química.
B. un exceso y una deficiencia de electrones.
C. electrones que se desplazan en un conductor.
O. una descarga estática.
3. Siempre que la corrierúe fluye a través de algo que presenta resistencia, el voltaje que
pasa a través de la resistencia:
A. disminuye cuando la corriente aumenta.
B. siempre Iguala a la FEM que impulsa la corriente en el circuito.
C. es igual a la resistencia multiplicada por la corriente.
D. disminuye mientras la corriente fluye.
4. Una fuente de FEM es como:
A una válvula que regula el flujo.
B. la diferencia entre los niveles de fluido en un par de tanques.
C. la presión en un tubo.
O. una bomba que produce una presión fija.
5. Para que haya un flujo continuo de corriente. debe haber:
A una conexión a tierra.
B. una resistencia.
C. un circuito completo.
O. un voltaje que sea mayor que la resistencia a través de la cual fluye la corriente.
6. La principal resistencia en un circuito se encuentra en:
Ala carga.
B. la diferencia de potencial.
C. la fuente.
O. los conductores.
1 -17
7. La CA, a diferencia de la CD:
A.
B.
C.
D.
regularmente invierte su sentido.
no puede enviar energía.
siempre fluye de + a ".
cambia de polaridad pero no de dirección.
,
B. La resistencia de un circuito que consume 8 amperios a 240 voltíos es:
A.
B.
C.
D.
1920 ohmios.
64 ohmios.
30 ohmios.
90 ohmios.
9. La energía consumida es igual a:
A.
B.
C.
D.
la corriente. multiplicada por el voltaje.
el trabajo producido. dividido por la energía que entra
los vatios, multiplicados por el tiempo.
la potencia, dividida por el voltaie.
10. La corriente a través de un calentador de 4800 vatios
y
240 voltios es:
A. 20 amperios.
B. 12 amperios.
C. 400 amperios.
D. 0.05 amperios.
11. La eficiencia de un motor es igual a:
A. los vatios multiplicados por 746.
B. los vatios que ingresan divididos por los caballos de fuerza producidos.
C. 100%.
D. los caballos de fuerza que produce, multiplicados por 746 Yodivididos por los vatios
que ingresan.
12. ¿Qué calibre, de un tipo especifico de alambreo transportará la mayor cantidad de
corriente?
A.2/0
B.4/0
C.18
D.12
1 -18
LECCION 2
Generación y Transmisión de CA
INTRODUCCION
Esta lección explica la generación, la transmisión y el uso de la Corriente Alterna.
OBJETIVOS
Una vez concluida esta lección, usted deberá ser capaz de:
• Explicar cómo el movimiento y el magnetismo pueden llegar a generar voltaje y corriente
alternas.
• Describir una onda sinusoidal y explicar cómo se genera.
• Describir cómo un transformador hace posible la transmisión y distribución de la energia de
corriente alterna.
• Calcular el voltaje secundario de un transformador.
• Explicar la corriente alterna trifásica.
• Describir un sistema Edison de tres alambres y explicar por qué se utiliza.
• Explicar la diferencia entre conductores neutros
y
alambres conectados a tierra.
2- 1
CORRIENTE DIRECTA VS. CORRIENTE ALTERNA
La corriente directa fluye en una sola dirección. En un gráfico o en la pantalla de un osciloscopio, la Corriente Directa siempre aparece sobre un lado del eje de las ordenadas o del cero,
pues su polaridad nunca cambia.
+j------
La corriente directa que nunca cambia
en magnitud (o nivel de corriente). se
denomina CD estable. Las baterras
producen CD estable.
CD Estable
+
La CD pulsante cambia de magnitud.
Pero, en el osciloscopio. siempre
aparece sobre el mismo lado del eje
del cero o de las ordenadas, ya que su
polaridad siempre es constante.
CD Pulsante
La corriente atterna cambia tanto en magnitud como en su dirección. En el osciloscopio, el
vottaje y la corriente aparecen a ambos lados del eje del cero o de las ordenadas, según que
la polaridad del vottaje se atteme y la corriente cambie de dirección.
+
Este ciclo de aumento, disminución e
inversión, tiene lugar de acuerdo a una
regularidad definida.
CA
2-2
INDUCCION ElECTROMAGNETICA
la corriente alterna se genera mediante un efecto eléctrico llamado INDUCCION ELECTROMAGNETICA. La inducción electromagnética es la capacidad que tiene un campo magnético
de generar, un voltaje o una corriente en un conductor, sin necesidad del contacto ffsico.
j
VOLT.
Aunque el conductor y el campo magnético no se encuentren físicamente
conectados, el voltaje es inducido
en el conductor cuando éste se mueve
por el campo magnético, o cuando el
campo magnético se mueve a lo largo
del conductor.
Voltaje es Inducido
Cuando el conductor se vuelve parte del
circuito, la corriente fluye en el circuito.
Flujo de la Corriente
Los generadores transforman el movimiento
rotatorio en flujo de corriente. El voltaje se
genera cuando una bobina gira dentro de un
campo magnético.
Los motores de CA, dependen también de la
inducción electromagnética. Transforman el flujo
de la corriente en movimiento rotatorio.
2·3
ONDA SINUSOIDAL DE LA CA
El voltaje y la corriente alternos producidos por el movimento rotatorio toman la forma de una
onda o curva sinusoidal. Esta es la forma más común de voltaje y corriente alterna. Cuando el
conductor gira dentro de un campo magnético. corta. según una proporción variable. las líneas
de fuerza magnéticas. Como consecuencia de lo anterior. el voltaje varía según un esquema
regular y repetitivo.
voltios
CICLO
+
amplitud
voltaje
pico a
pico
eje del cero
•
RMC (.707 del
valor pico)
amplitud
Las ondas sinusoidales son medidas y comparadas de acuerdo con ciertas características.
2·4
1. La AMPLITUD de la onda sinusoidal, indica el máximo valor de la corriente o del voltaje:
este puede ser positivo o negativo.
2. Un CICLO es una repetición completa de la forma de la onda. Este lo produce una revolución completa - 3602 - del conductor dentro del campo magnético.
En cada ciclo se dan dos inversiones y dos máximos.
La curva sinusoidal logra el máximo en la dirección positiva a los 90°, atraviesa el eje de
las ordenadas o del cero a los 180°, alcanza el máximo negativo a los 270°, después
alcanza el cero, una vez más, a los 3602•
3. La FRECUENCIA es el número de ciclos por segundo. Entre mayor sea el número de
ciclos por segundo, mayor será la frecuencia. Entre mayor sea la frecuencia, menor será la
cantidad de tiempo por ciclo. La mayoría de la CA se genera a 60 ó 50 ciclos por segundo.
Nota: La amplitud y la frecuencia son independientes. Dos curvas sinusoidales pueden
tener la misma amplitud y la misma frecuencia; la misma amplitud pero frecuencia diferente; la amplitud diferente pero la misma frecuencia; y, amplitud diferente y frecuencia
diferente.
4. HERTZ es el término empleado para los ciclos por segundo. 60 Hertz = 60 ciclos por
segundo.
5. Voltaje PICO A PICO es el voltaje medido entre los puntos máximo positivo y máximo
negativo de una onda sinusoidal. Es igual al doble de la amplitud de onda.
6. Voltaje o corriente RMC (raíz cuadrada de la media de los cuadrados, o valor efectivo), es
una manera estándar de medir la corriente o el voltaje alterno. RMe = .707 x el valor del
pico (la amplitud de la onda sinusoidal).
7. La Hnea horizontal que atraviesa el centro de la onda sinusoidal, se llama el EJE DEL
CERO.
a. Todos los valores por encima del eje del cero, son valores POSITIVOS: todos los
valores por debajo del eje del cero, son valores NEGATIVOS.
b. Tanto el voltaje como la corriente NEGATIVOS, realizan el mismo trabajo que la
corriente y el voltaje positivo. La única diferencia es que la polaridad del voltaje es
opuesta y que la corriente fluye en la dirección contraria. Producen exactamente la
misma cantidad de energía eléctrica que la corriente y el voltaje positívos.
2-5
EJERCICIO PRACTICO I
+1Ov
5v
5v
l·
1 segundo
·1
_1Ov
De acuerdo con el gráfico anterior de una onda sinusoidal. determine:
A. la frecuencia de la CA.
B. el voltaje del pico.
C. el valor RMC del voltaje.
_
_
_
D. cuanto tiempo demora el voltaje para completar un ciclo.
2-6
_
LOS TRANSFORMADORES:
• Posibilitan la transmisión y la distribución de la CA.
• Transforman el valor del voltaje y de la corriente.
• Operan de acuerdo al principio de la inducción electromagnética.
• Usualmente transportan los
voítaies
de CA, de un circuito a otro.
La mayoría de los transformadores han sido diseñados para aumentar o disminuir el voltaje,
aunque algunos son utilizados únicamente para aislar un voltaje de otro.
los transformadores funcionan debido a que la corriente eléctrica produce un campo magnético alrededor de su conductor. SI el flujo de corriente es estable, como en el caso de la CD, el
campo magnético es constante. En cambio, como en la CA la corriente cambia de dirección, el
campo magnético se mantiene expandiéndose y contrayéndose.
4 vemos
4 voltios
Los transformadores están formados
por una bobina primaria conectada al
circuito de la fuente y, por una bobina
secundaria conectada al circuito de la
carga. Cuando la CA fluye a través de
la bobina primaria, su campo magnético
en expansión y contracción induce un
voltaje y una corriente en la secundaria,
mientras las lineas de fuerza se mantienen atravesando el devanado de la
bobina secundaria.
Cada vuelta del alambre de la bobina primaria cuenta con una porción igual del voltaje
primario que la atraviesa.
El mismo voltaje es inducido en cada vuelta de la bobina secundaria. De tal manera que, si
por cada vuelta de la bobina primaria la recorren cuatro voltios, igualmente, por cada vuelta de
la bobina secundaria, pasarán 4 voltios.
2-7
Transformadores
Reductores
Si hay menos vueltas en la bobina secundaria, el voltaje secundario será menor que el voltaje
primario.
120 vueltas
30 vueltas
480 V
Transformadores
120 V
Elevadores
Si hay más vueltas en la bobina secundaria que en la primaria. el voltaje será más alto en el
circuito secundario.
600 vueltas
120 vueltas
480 V
2400 V
Cálculo del Voltaje
la relación entre el número de vueltas del secundario y del primario se denomina: razón o.
proporciÓn de la vueltas. Esta tórmula permite calcular el voltaje secundario (V.) cuando se
conoce el voltaje primario (Vp) y, la proporción de las vueltas.
=V
V
•
x vueltas del secundario
P
vueltas del pri mario
Para nuestro transformador elevador:
V.
= 480V x
V = 480V
•
V.
2-8
= 2400
600
120
x ~1
voltios
Autotransformadores
La mayoría de los transformadores tienen bobinas primarias y secundarias que están aisladas
entre sí. Sin embargo. en los Autotransformadores. el primario y el secundario comparten un
mismo devanado.
• La parte del devanado conectada
a la fuente es el devanado primario.
• La parte del devanado conectada a
la carga. es el devanado secundario.
• Al devanado se le puede hacer una
derivación en cualquier lugar, para
formar, bien sea la porción primaria
o la porción secundaria del devanado.
Vp=480V
Vs=288V
• La ubicación de la derivación determina
el número de vueltas del devanado
primario o del secundario.
EJERCICtO PRACTICO 11
1.
200 vueltas
40 vueltas
575
voltios
..,•
(a) ¿Es éste un transformador elevador o
reductor?
(b) ¿Cuál es el voltaje del secundario?
2.
220 vueltas
100 vueltas
480
voltios
..,•
100 ohmios
(a) ¿Cuál es el voltaje que recorre las 220
vueltas del secundario?
(b) ¿Cuál es el voltaje. por vuelta. en el
secundario?
(e) Si la carga es de 100 ohmios, ¿cuál es la
corriente del lado secundario del
transformador?
2-9
ENERGIA A TRAVES DE UN TRANSFORMADOR
Los transformadores son muy eficientes. La energía de salida del secundario es casi la misma
energía que la fuente entrega en el primario.
p• =p p
Ya que la potencia o energía es igual a la corriente multiplicada por el voltaje, el producto de
la corriente secundaria x el voltaje secundario
la corriente primaria x el voltaje primario.
=
Esto quiere decir que, cuando el voltaje del secundario se aumenta o disminuye, la corriente
disminuye o aumenta respectivamente.
Si se reduce el voltaje, la corriente debe aumentar.
100 amperios x 600 voltios
= 20 amperios
x 3000 voltios
PERDIDAS EN LA LINEA
Los transformadores son fundamentales para la transmisión de la energía en forma eficiente.
Siempre ((ljJese envíe energía por medio de líneas de transmisión, la resistencia de las líneas
causan pérdidas de energia en forma de calor. La fórmula para la pérdida de energía:
muestra el gran efecto que la intensidad de la corriente
tiene sobre la pérdida de energla.
Las pérdidas en la línea se pueden reducir en forma considerable, disminuyendo la,corriente.
En la estación generadora, se emplean los transformadores elevadores para aumentar el
voltaje a niveles extremadamente altos, algunas veces más de 100,000 voltios. La corriente se
disminuye, y las pérdidas en la línea se mantienen en un mínimo.
En las subestaciones y en los ramales de acometida, los transformadores
invierten el proceso, reduciendo de nuevo el voltaje a niveles utilizables.
2 ·10
reductores
EJERCICIO PRACTICO 111
B
e
D
El autotransformador representado arriba, tiene dos derivaciones igualmente espaciadas en el
devanado. En qué lugar deberán hacerse las conexiones primaria y secundaria para:
Primaria
Secundaria
1. elevar 240 voltios a 480 vonlos.
2. disminuir 240 voltios a 160 voltios.
3. suministrar 30 amperios de salida
con 10 amperios de entrada.
2 -11
CA TRIFASICA
La mayor parte de la energía se distribuye
en la forma de CA trifásica. En este caso,
básicamente se tiene que, en vez de una
sola bobina rotando dentro de un generador,
existen tres bobinas, espaciadas entre sí
120 grados.
Mientras las bobinas giran dentro del campo magnético, se envía energía por tres líneas. Se
originan, asi, tres ondas sinusoidales de corriente y de voltaje, las cual.es tienen entre sl una
diferencia de fase de 120 grados. Cada onda sinusoidal representa el voltaje o la corriente de
una de las fases.
A
B
e
La electricidad trifásica energiza las grandes cargas industriales con más eficiencia, que la
electricidad de una sola fase. Cuando se necesite electricidad de una sola fase, ésta se encuentra disponible entre dos fases cualesquiera o, en algunos sistemas, entre una de las
fases y tierra.
L1----------------------------~----~,
L2------------------r-------~~~
L3--------------r---~~----~~--~
I
trifásica
una sola fase
2-12
EL SISTEMA EDISON
La mayoría de la CA de una sola fase,
es suministrada por un SISTEMA
EDISON de tres alambres.
Lf
120Y 240 Y
>-__l-tneul~
'120V
L2
Hay dos conductores energizados y un
conductor neutro a tierra. En un sistema
de 120/240 voltios, el voltaje entre cada
alambre energizado y el neutro es de
120 voltios. El voltaje entre los dos
alambres energizados es de 240 voltios.
En un sistema de 240/480 voltios, se
cuenta con voltajes de 240 voltios y de
480 voltios.
La ventaja principal del sistema Edison, es, que se dispone de un voltaje total línea a línea,
para usar en equipo y utensilios que consumen gran cantídad de energía y, el voltaje a tierra,
es solamente la mitad del voltaje linea a linea. Entre menor sea el voltaje a tierra, en cualquier
sistema eléctrico, menor es la posibilidad de corto circuitos, fuego o sacudidas.
CARGAS EQUILIBRADAS
V NO EQUILIBRADAS
50 ohmIos
50 ohmIos
2 amperios
EN UN SISTEMA EDISON
Cuando las cargas están balanceadas,
es decir, cuando tienen la misma resistencia, fluye igual corriente en cada
alambre energizado. Pero en cualquier
momento, las corrientes en los alambres
energizados fluyen en dirección
opuesta. Así, la corriente que fluye a
través de una carga continúa a través
de la otra y, no fluye ninguna corriente
por el neutro.
Cargas Balanceadas
2 ·13
120 ohmios
Cuando las cargas no están balanceadas la resistencia de una es mayor que la de la
otra - la corriente fluye por el neutro. El
neutro transporta la diferencia entre la
corriente en la primera carga y la corriente
en la segunda carga.
24 ohmios
1: S Imperio.
Cargas No Balanceadas
CON EX ION DEL SISTEMA A TIERRA
La mayoria de los sistemas de suministro eléctrico, tanto de CD como de CA, se encuentran
conectados a tierra en algún punto como medida de seguridad. "A tierra" quiere decir conectar
algo, oon un conductor eléctrico, a tierra.
Todos los conductores o partes de metaltubos metálicos, colectores a tierra, cubiertas de
los equipos, uniones de cajas, marcos de las máquinas - que se encuentran conectados a
tierra en algún punto, tienen un voltaje de cero con respecto a tierra. No hay posibilidad de
flujo de corriente entre ellos y, por cualquier cosa que los toque. No pueden ocasionar
choques eléctricos.
En los sistemas conectados a tierra, las fallas en el aislamiento o los cortos a tierra en los conductores energizados, transportarán mucha corriente y, se quemarán los fusibles o saltarán
los Interruptores automáticos. Esta es la forma como se supone que funciona el sistema.
Sin embargo, si la conexión a tierra está rota, las fallas del aislamiento o los cortos a tierra en
los conductores energizados, puede que ~ quemen un fusible o hagan saltar un interruptor
automático, o afecten, de alguna manera, el funcionamiento del sistema.
Pero, el voltaje en todos los conductores y partes del sistema, que se supone están conectadas a tierra, se elevará hasta el voltaje total del sistema. - ¡situación muy peligrosa!
Efectivamente, el corto a tierra en los conductores energizados, conecta allí el sistema a tierra,
ínvertténdolo: así como las partes, del sistema, supuestamente conectadas a tierra.
Es importante entonces que, todos los conductores y las partes que se suponen conectadas a
tierra, estén en realidad conectadas a tierra mediante un elemento no resistente.
2 -14
También es importante reconocer la diferencia entre un conductor
alambre que conecta a tierra.
conectado
a tierra y un
Un conductor conectado a tierra es todo conductor que está conectado a tierra en la fuente y.
transporta la corriente de la carga.
Por ejemplo, el neutro en un sistema Edison
de tres alambres, es un conductor conectado
a tierra pues, normalmente, se espera que
transporte la corriente de la carga cuando
las cargas no estén equilibradas. Normalmente
se deberá usar para conectar a tierra partes
o equipos. Si se desarrolla alguna resistencía
en sus conexiones, cualquier cosa que, mediante
él esté conectada a tierra, tendrá algún voltaje.
Los conductores conectados a tierra, por lo
general están aislados, pues existe la posibilidad
de que tengan voltaje, en el caso de una mala
conexión.
neutro
no.
alambre que
conecta a
tierra
Por otra parte, un alambre Que conecta a tierra. conecta a tierra partes metálicas del equipo
que no transportan corriente. Sólo tendrán corriente cuando ocurra alguna falla, y sólo por
breve tiempo, mientras se quema el fusible o salta el interruptor automático. Generalmente no
suele ser de un calibre tal que transporte la corriente total de la carga. No conecte cargas
entre un conductor energizado y un alambre que conecta a tierra. Frecuentemente, los
alambres que conectan a tierra no están aislados.
A menudo, las partes metálicas están conectadas a tierra mediante los tubos metálicos. las
bandejas para cables, los barrages, o los marcos metálicos de los equipos y, puede que no
haya un alambre separado que conecte a tierra al equipo. Frecuentemente la conexión a tierra
se hace mediante un tubo del agua o la estructura metálica del edificio. Algunas instalaciones
incluyen una varilla conectora enterrada en la tierra.
NI el alambre que conecta a tierra ni el conductor conectado a tierra, deben tener fusibles o Interruptores,
o estar rotos en alguna parte. La conexión a tierra debe ser segura
y permanente.
CODIGO DE COLORES
• El alambre NEUTRO conectado a tierra, es siempre BLANCO o GRIS.
• Los alambres ENERGIZADOS generalmente son BLANCOS o ROJOS.
• Si se usa algún alambre PARA CONECTAR A TIERRA. es VERDE o sin aislar.
2 - 15
Respuestas a los Ejercicios Prácticos
EJERCICIO PRACTICO I
A. La frecuencia de la CA es de 3 Hz.
B. El voltaje del pico es de 6 voltios.
C. El valor RMC del voltaje es de 4.24 voltios.
D. Como hay tres ciclos por segundo, cada ciclo requiere para completarse,
Esto se conoce como el período de la onda sinusoidal.
1/3 de segundo.
EJERCICIO PRACTICO 11
1. (al Este es un transformador reductor. Como hay menos vueltas en el secundario que en
el primario, el voltaje del secundario será menor que el del primario.
(b) El voltaje del secundario será igual, al voltaje del primario multiplicado por la proporción
del número de vueltas del secundario al número de vueltas del primario: 575 x 40/200 =
115 voltios.
2. (a) El voltaje que recorre el secundario, será igual, al voltaje del primario multiplicado por la
proporción del vueltas del secundario al número de vueltas del primario: 480 x 220/100
= 1056 voltios.
(b) El voltaje por vuelta, en el secundario (yen el primario) es 1056/220
voltios.
= 480/100 = 4.8
(e) Con una carga de 100 ohmios conectada al secundario, la corriente, de acuerdo con la
ley de Ohm, será igual al voltaje dividido por la resistencia, Ó 1056/100 = 10.56 amperios.
EJERCICIO PRACTICO lit
1. Si se aplican 240 voltios a través de A y de B, como el primario, se pueden tomar 480
voltios entre A y ó entre By D, como el secundario.
e
2. Si se aplican 240 voltios a través de todo el devanado, A a D, se pueden tomar 160 voltios
de los 2/3 del devanado, 6 entre A y
6 B Y D.
e,
3. Para elevar 10 amperios hasta 30 amperios, se necesita reducir el voltaje de 3 a 1; aplicar
un voltaje de entrada a través de todo el devanado, A a D, y tomar la corriente secundaria
de cualquier tercio del devanado, A a B, B a e, ó CaD.
2 ·16
REPASO FINAL
INSTRUCCIONES:
Escoja la respuesta que mejor complete la proposición.
1. La CA es generada por:
A. baterlas.
B. inducción electromagnética.C. cualquier campo magnético estable.
el movimiento de una bobina en línea recta.
o.
2. La frecuencia de una onda sinusoidal es:
A. el tiempo que necesita para un ciclo completo.
B. el número de picos positivos y negativos por segundo.
C. la distancia entre los picos posíñvos y los negativos.
O. el número de ciclos que se originan cada segundo.
3. Los transformadores cambian:
A. el voltaje y la corriente alternos.
B.CO.
C. anerqla eléctrica de la CA.
O. energía eléctrica a energía mecánica.
4. Si la proporción de las vueltas del primario a las del secundario de un transformador, es 4
a 1, y se aplíean 480 voltios al primario, el voltaje del secundario será:
A. 1920 vemos.
B. 30 voltios.
C. 120 voltios.
O. 960 voltios.
5. Un transformador que reduce el voltaje de 12,000 voltios a 600 voltios:
A. elevará la corriente en la misma proporción.
B. extraerá 20 amperios de su secundarlo.
C. ahorrará 11,400 voltios de energfa.
O. tendrá 20 voltios en cada vuelta de ambos devanados.
6. El primario y el secundario de un autotransformador:
A. comparten parte del mismo devanado.
B. están aislados entre sí.
C. no pueden tener derivaciones para salidas diferentes.
O. se ajustan automáticamente para mantener la energía constante.
2 -17
7. La energía en un transformador:
A. se transforma tanto en amplitud como en dirección.
B. lo atraviesa con poca pérdida.
C. se aumenta o se reduce.
D. es igual a 12A.
8. La pérdida en la línea se puede reducir:
A. aumentando la resistencia de la linea de transmisión.
B. aumentado los niveles de energía.
C. usando transformadores reductores en ambos extremos de la linea de
transmisión.
D. reduciendo la corriente en la línea.
9. La CA trifásica se diferencia de la corriente monofásica, porque:
A. la frecuencia es tres veces más alta.
B. se encuentran disponibles tres niveles diferentes de voltaje.
C. tres corrientes diferentes se van altemando, hacia adelante y hacia atrás, en las
mismas líneas.
D. se originan tres ondas sinusoidales, distantes entre sí 120 grados.
10. En un sistema Edison de tres alambres. la corriente fiuye en el conductor neutro
únicamente cuando:
A. las cargas de voltaje medio están balanceadas.
B. las cargas de voltaje total están conectadas.
C. la corriente en ambas líneas calientes, es desigual.
D. se origina una falla a tierra.
11. Los conductores
y
las partes de un sistema que están conectadas a tierra. no pueden:
A. ser protegidas por fusibles o interruptores automáticos de circuitos.
B. transportar corriente.
C. estar conectados entre sí.
D. ambos, A y B. son correctos.
12. Un alambre que conecta a tierra, generalmente transporta:
A.
B.
C.
D.
corriente del circuito a tierra, para que pueda regresar a la fuente.
ninguna corriente.
la diferencia entre la corriente de los conductores calientes.
corriente, únicamente después de que se queme un fusible o salte un interruptor
automático.
2·18
LECCION 3
Circuitos, Bobinas y Capacitores
INTRODUCCION
La primera parte de esta lección explica la relación entre corriente. voltaje y resistencia en
circuitos en serie y en paralelo. La parte segunda estudia la corriente y el voltaje en los
capacitores e Inductores y explica los efectos prácticos de la impedancia y la reactancia en los
circuitos.
OBJETIVOS
El programa de video y este manual. están diseñados para que usted sea capaz de:
Parte1• calcular caídas de voltaje en los circuitos en serie.
• calcular la corriente de los ramales y la corriente total de los circuitos en paralelo.
• determinar la resistencia equivalente de circuitos combinados.
Parte11• describir la relación entre corriente, voltaje e impedancia de los circuitos que con
tengan capacito res e inductores .
• explicar por qué. la corriente multiplicada por el voltaje, no iguala la energía en los
circuitos capacitivos o inductivos.
3 -1
Parte Uno
Con excepción de los nuevos superconductores, todo material por el cuallluye la corriente
eléctrica, ofrece resistencia.
Siempre que el vo~aje fluya a través de una resistencia, el voltaje en voltios que atraviesa la
resistencia, es Igual a la corriente en amperios, multiplicada por la resistencia en ohmios
(E = 1X R). Esta es la Ley de Ohm ya explicada en la primera Lección.
La Ley de Ohm se puede emplear para entender el comportamiento de la electricidad, tanto
en componentes individuales como en circuitos completos. Sin embargo, el correcto uso de la
Ley de Ohm, depende de haber entendido la diferencia entre los dos tipos comunes de circuitos eléctricos: Los circuitos en serie y los circuitos en paralelo.
CIRCUITOS EN SERIE
En un circuito en serie, los componentes están conectados en fila, de tal manera que todos los
electrones que salen de la fuente de la corriente, pasan a través de todos los componentes,
uno después de otro, antes de regresar a la fuente. La misma corriente, en amperios, fluye a
través de todas las cargas.
Si la corriente es interrumpida en cualquier parte
del circuito (un ·circuito abierto"), no fluirá corriente por ninguna parte. Esto es lo que sucede
cuando se abre un interruptor (·switch"), o cuando
se quema una de las cargas; todas las cargas
dejarán de trabajar, pues no hay forma para que
la corriente complete el circuito de regreso a la
fuente.
La corriente del circuito depende, de acuerdo con
la Ley de Ohm, del voltaje de la fuente y de la
resistencia del circuito. La resistencia total del
circuito en serie es la suma de las resistencias de
todas las cargas.
3-2
En este ejemplo, tres cargas de 10 ohmios
han sido conectadas en serie. La resistencia
total del circuito es 10 + 10 + 10 = 30 ohms. La
baterla de 12 voltios Impulsará 12 voltios/30
ohmios = 0.4 amperios, a través de todas
las cargas.
0.4
12V
~a.===--.,
-=-
10
ohmios
10
ohmio.
La Ley de Ohm, también se aplica a cualquier
resistor Individual. Una corriente de 0.4 amperios
a través de un resistor de 10 ohmios produce una
caída de voltaje de 4 voltios. La caída de voltaje a
través de estos tres resistores de 10 ohmios es
4 + 4 + 4 = 12 voltios. En un circuito en serie,
las caídas de voltaje a través de cada carga,
se suman al voltaje de la fuente.
10
ohmios
EJERCICIO PRACTICO I
En la linterna de dos pilas mostrada, cada pila produce 1.5 voltios. El interruptor está en
encendido, pero los contactos están seriamente corroldos y tienen una resistencia de 5
ohmios. La resistencia de la bombilla es de 1 ohm.
En la lintema de dos baterías que aparece
en el dibujo, cada batería produce 1.5
voltios. Si el interruptor está conectado,
pero los contactos están notablemente
corroídos:
1. El voltaje medido a través de las baterías
será __
2. El voltaje medido a través del interruptor
será __
3. El voltaje medido a través de la bombilla
será __
3-3
J·o.()t~a.
A, I Y V en los circuitos en serie
• Si añadimos una carga de 1000 ohmios al circuito anterior:
12V
,0 ohmios
La resIstencia total del circuito será de 1030 ohmios.
La corriente total del circuito será
12 voltios/l03O ohmios = 0.01165 amperios.
'Oohmlos
La caída de voltaje a través de cada una de las cargas de
10 ohmios es 0.01165 amperios x 10 ohmios
0.1165
lIol\\os.
,0 ohmios
=
tooa ohmlDS
La caída
del voltaje a través de la carga de 1000 ohmios es
0.01165 amperios x 1000 ohmios = 11.65 voltios.
Las caídas de voltaje a través de todas las cargas, ail,aden
12 'Jo\\\os al voltaje de la fuente. Nótese que casi todo el
voltaje de la fuente lo produce el resistor de 1000 ohmios.
La caída de voltaje e$ proporcional a la resistencia.
1= 1.2a.
12V
• Si ponemos en corto todas las cargas, excepto una de
10 ohmios, con un alambre entre ellas:
La corriente
en la carga de 10 ohmios, yen el resto del
circuito, será simplemente de 12 voltios/lO ohmios:. 1.2
amperios. El voltaje total de la fuente pasará solamente a
través de esta carga.
la corriente en las otras cargas, y el voltaje que las
atraviesa, serán prácticamente cero, pues la corriente total
del circuito, de 1.2 amperios, está pasando a tra'Jés del
alambre de baja resistencia y no a través de las otras
cargas; éstas se encuentran fuera del circuito.
12V
• SI afiadimos otra fuente en serie:
La resistencia total del circuito es la misma. Pero se dobla
el voltaje total de la fuente. pues los electrones sufren una
elevación de potencial de 12 votlios en la primera fuente, y
otra elevación de potencial de 12 voltios en la segunda La
corriente del circuito será de 24 voltiosl10 ohmios. Fluirán
2.4 amperios a través del único resistor de 10 ohmios. por
ambas fuentes en serie y por los alambres que conectan
todos los componentes.
3-4
12V
10 ohmios
EJERCICIO PRACTICO 11
12Vr
1 ohmio
6 ohmios
4 ohmios
1 ohmio
En el circuito anterior, ¿cuál es:
1. el voltaje a través de cada carga cuando está abierto el interruptor?
2. la corriente a través del interruptor cuando éste está cerrado?
3. la caída de voltaje en los conductores que están entre la fuente y la carga?
4. la caída de voltaje a través de cada carga?
Desventajas
de los circuitos
en serie
Pocas veces se conectan las cargas en serie, porque:
• las cargas no pueden ser controladas en forma individual.
• cuando una carga se quema, pone fuera de servicio a todo el circuito.
• debido a que la corriente es la misma para todo el circuito, todas las cargas deben ser
calculadas para la misma corriente.
• como usted pudo ver, en el Ejercicio Práctico anterior, el voltaje se distribuye entre las
cargas, haciendo difícil suministrar el voltaje apropiado para todas las cargas.
3-5
CIRCUITOS EN PARALELO
Normalmente las cargas se disponen en paralelo, entre sr:
• Las cargas pueden funcionar y ser controladas individualmente.
• SI una de las cargas se quema, las otras no resultan alec\adas.
• El voltaje que recorre cada una de las cargas es el voltaje de la fuente, de tal manera
que cada carga recibe el voltaje que necesita.
• La corriente en cada ramal está determinada por la resistencia de la carga en ese ramal
especifico, de tal manera que se pueden emplear en el circuito, cargas calculadas con
amparaje di1erente.
La Corriente en los Circuitos en Paralelo
En un circuito en paralelo, la corriente que se extrae de la fuente es la suma de las corrientes
de todas las cargas.
IT = 3.5a.
12V
II=3a.
¡I=O.5a.
La Ley de Ohm permite encontrar la corriente de cada carga en particular.
En este ejemplo, la corriente de la carga de 4 ohmios es el voltaje del sistema, 12 voltios
dividido por 4 ohmios, o sea 3 amperios. La corriente de la carga de 24 ohmios es 12 voltios/
24 ohmios = 0.5 amperios.
La corriente total de la fuente es 3 + 0.5
3-6
"=
3.5 amperios.
¿Qué sucede si cambiamos el circuito?
1T=15.512a.
S1
12V
11=3 a.
4
24
ohmios
1=12a.
11=0.012a.
1
ohmio
1000
ohmios
A. Supongamos que una carga de 1 ohmio y una carga de 1000 ohmios son af'ladidas en
paralelo a cargas de 4 y 24 ohmios. La corriente de la carga de 1 ohmio será de 12 voltios!
1 ohmio = 12 amperios. La corriente de la carga de 1000 ohmios será de 12 voltios!1000
ohmios = 0.012 amperios. La corriente total del circuito será entonces de 3 + 0.5 + 12 +
0.012 = 15.512 amperios.
B. Supongamos que se quema la carga de 24 ohmios. La corriente de esta carga disminuirá a
cero, y la corriente total del círcuito caerá a 15.512 - 0.5 = 15.012.
C. Supongamos que se abre el Interruptor 1 (S1). Con excepción de la carga de 4 ohmios,
todas las demás cargas quedan desconectadas del voltaje de la fuente. No se afecta la
carga de 4 ohmios. La corriente de la fuente cae a 3 amperios.
O. Supongamos que se abre el interruptor 2 (S2). Solamente se desconecta la carga de 24
ohmios. El efecto es el mismo que en B.
EJERCICIO PRACTICO
111
Una baterla de 12 voltios suministra una carga, de 4 vatios por bombilla, a Un tablero
indicador de 5 luces en paralelo. Cuando todas las luces están encendidas, ¿cuál es la
corriente en los puntos A, B, C y O?
Punto A
B
A
amperios
C
12V
Punto B
amperios
Punto C
amperios
Punto O
amperios
/
,
/
,
/
,
/
,
/
,
o
3-7
Protección del Circuito en los Circuitos en Paralelo
El siguiente es el esquema general de un circuito doméstico de luces y tomas eléctricas.
II
•
II
•
II
•
II
•
Todos los componentes y conductores del circuito, están protegidos por un fusible en la fuente
y, está en seria con la combinación de cargas en paralelo.
Si se enchufa, en una de las tomas. una carga que absoroa toda la corriente que ha sido
calculada para el fusible. todos los alambres que conectan las tomas y el fusible transportarían el máximo de corriente del circuito. Por consiguiente. TODOS los alambres de este tipo
de circuitos, deben ser capaces de transportar. sin suhir daño. la corriente total calculada para
ellusíb\e.
Nótese que el fusible está incorporado en serie con el conductor del suministro, precisamente
en la íusme, de la1 manera que pueda proteger todos los alambres del circuito. Obsérvese
también. que el fusible se encuentra en el conductor energizado y no en el conductor conectado a tierra. Con esto se busca asegurar que no permanezca voltaje en ninguna de las
líneas, después de que el fusible se queme. Los conductores conectados a tierra no deben
tener fusible.
Los interruptores se instalan para que desconecten el conductor energizado y no, el conductor
conectado a tierra, de tal manera que. los componentes que hayan sido desconectados con
los interruptores. no tengan voltaje en ellos.
3-8
La Resistencia en los Circuitos en Paralelo
A diferencia de los circuitos en serie, la resistencia total de un circuito en paralelo NO es la
suma de las resistencias de las cargas. la
resistencia de este circuito NO es 4 ohmios
+24 ohmios = 28 ohmios. Realmente es 3.43
ohmios - menor que la menor resistencia del
circuito.
12V
4 ohmios
24 ohmios
1
la fórmula comúnmente utilizada para calcular
la resistencia total (Rl) de las cargas conectadas en paralelo es
En esta fórmula, la resistencia de cada carga en el circuito está representada por Rl, R2, R3 Y
así sucesivamente. Para encontrar la resistencia total del circuito en paralelo, encuentre el
inverso de cada resistencia, luego sume sus respuestas. Este total es la conductancia total
del circuito medido en siemens:
Una vez que conozca la conductancia total, encuentre el
Inverso para obtener la resistencia total.
Estos cálculos pueden hacerse con una calculadora de bolsillo en tres pasos. Por ejemplo, en
el clrcuito anterior:
• divida uno por cada resistencia.
Usando una calculadora de bolsillo
automáticamente obtiene la cantidad
decimal.
1 + 4 = 0.25
1 ... 24
= 0.0416
= 0.2916
• sume las cantidades decimales.
(Esta es la conductancia total,
en slemens.)
0.25 + 0.0416
• divida uno por su respuesta.
(Esta es la resistencia total, en ohmios.)
1...0.2916 = 3.4282
3.428 ohmios es la resistencia del circuito.
• Conductancia es la medida de cuánta corriente conducirá un circuito. Esta es el recíproco
de la resistencia. Esto significa, por ejemplo, que una resistencia de 4 ohmios tiene una conductancia de 1/4 ó 0.25 siemens. Para encontrar la conductancia total del circuito, sume las
conductancias individuales.
3-9
CIRCUITOS EQUIVALENTES
Con frecuencia, los circuitos complejos incluyen componentes en serie y en paralelo. Con el
fin de calcular el fusible o el tamaño del conductor, frecuentemente es necesario calcular la
corriente total. Por lo general, la manera más fácil de hacer esto es, reducir el circuito a una
sola carga equivalente, y calcular su corriente.
Este procedimiento conlleva diferentes
pasos:
1. Primero, reemplace dos componentes
cualesquiera conectados en serie, por
un solo componente que tenga una
resistencia igual a la suma de sus
resistencias.
te ohmios
R, + R,
+
ro ohmios
En otras palabras, si usted encuentra dos
componentes unidos en serie, y no se
encuentra nada más conectado a estos,
sume sus resistencias y reemplácelas por
un solo componente equivalente.
t/R, + t/R,
2. Segundo, reemplace dos componententes
cualesquiera conectados en paralelo, por
un solo componente que tenga una
conductancia igual a la suma de sus
conductancias.
+
15 ohmios
5 ohmios
R, + R.
+
Se necesitará volver a convertir la conduclancia equivalente en una resistencia,
antes de sumarla a la resistencia de otro
componente en serie.
20ohmlol
3. Repita este procedimiento tantas veces
como fuere necesario hasta que todos los
componentes hayan sido reemplazados
3 -10
------~J\Af~-----
por un solo componente equivalente.
EJERCICIO PRACTICO IV
1. ¿Cuál es la resistencia equivalente de éste
circuito?
_
2. ¿Cuál es el total de la corriente utilizada?
50
ohmios
A
100
ohmio.
B
100
ohmios
3. ¿Cuál es el voltaje a través de cada
sección del circuito original?
SecciónA __
Sección BlC __
Sección 0 __
4. En este circuito, ¿cuánta potencia se
consume?
_
3 -11
EJERCICIO PRACTICO V
240 V
51
52
53
Dos elementos de un horno eléctrico, se han equipado con tres interruptores para contar con
tres temperaturas diferentes: alta, media y baja. En la baja, los dos elementos están conectados en serie entre 240 voltios. En la media, uno está conectado a 240 voltios y el otro no está
conectado. En la alta, ambos elementos están conectados a través de 240 voltios en paralelo.
A. Encierre con un círculo, el interruptor o los interruptores que se deben cerrar de acuerdo
con cada una de las situaciones siguientes:
Baja: 1,2,3
Media: 1, 2, 3
Alta: 1,2,3
B. ¿Qué interruptores jamás se deben cerrar a la vez? ¿Por qué?
3·12
Respuestas
a los Ejercicios
Prácticos
EJERCICIO PRACTICO I
1. El voltaje medido a través de las baterías será 3 voltios. Cambios de la corriente debido a
cambios en la resistencia del circuito tendrá un efecto pequeño sobre el voltaje de la fuente
de FEM.
2.. El voltaje medido a través del interruptor será 2.5 voltios. Para calcular el voltaje a través
de los componentes conectados en serie, usted debe calcular la corriente primero. La
corriente a través de cada componente total del circuito. Puesto que el voltaje de la fuente
es tres voltios y la resistencia total es 6 ohmios (1 ohmio de la bombilla y 5 ohmios del
interruptor), la corriente es 3/6 6 0.5 amperios. Una vez la corriente es conocida, el voltaje
a través de cada componente puede ser calculado multiplicando la corriente por la resistencia de 5 ohmios, el voltaje a través del interruptor será de 0.5 X 5 6 2.5 voltios.
3. El mismo procedimiento puede usarse para calcular el voltaje a través de la bombilla. El
voltaje a través de la bombilla será 0.5 amperios multiplicados por 1 ohmio, lo que es igual
a 0.5 voltios.
EJERCICIO PRACTICO 11
1. El voltaje en cada carga será cero cuando el Interruptor está abierto, ya que no fluirá
corriente en el circuito.
2. La cemente que pasa por el Interruptor cuando está cerrado será el voltaje total de la
fuente, 12 voltios, dividido por la resistencia total del circuito, 1 + 6 + 4 + 1 = 12 ohmios.
1= E/A
I = 12 voltios/12 ohmios
1=1 amperio
3. La caída de voltaje en los conductores que están entre la fuenle y la carga será 2 ohmios
x 1 amperio
2 voltios. Las dos cargas compartirán lOS10 voltios restantes. No se puede
ignorar nunca la resistencia del conductor.
=
E=I A
E = 1 amperio x 2 ohmios
E = 2 voltios
3·13
4. La caída de voltaje a través de la carga de 4 ohmios será 1 amperio x 4 ohmios = 4 voltios.
La caída de voltaje a lo largo de la carga de 6 ohmios será 1 amperio x 6 ohmios = 6
voltios.
EJERCICIO PRACTICO 111
Primero, es necesario calcular la corriente en cada bombilla. Como la Potencia = Voltios
Amperios, cada bombilla de 4 vatios, funcionando a 12 voltios, toma 4/12 ó 1/3 amperio.
x
P=I E
1= PIE
1= 4/12 = 1/3 amperio
La corriente a las cinco bombillas pasa a través del punto A, por lo tanto la corriente en el
punto A es 5/3 amperios. La corriente a tres bombillas pasa a través del punto B, por lo tanto
la corriente es 3/3 1 amperio. Por el punto C pasa corriente para la última bombilla solamente, por lo tanto la medición aquí mostrarla sólo 1/3 amperios. Por el punto O pasa la
corriente de regreso desde cuatro de las cinco bombillas, por lo tanto registraría 4/3 amperios.
=
EJERCICIO PRACTICO IV
1. La resistencia equivalente del circuito dibujado es de 50 ohmios.
Para alcanzar este resultado, combine primero los dos resistores, en paralelo, de 100
ohmios; el equivalente es un resistor de 50 ohmios. Este queda en serie con otro resistor
de 50 ohmios, de manera que, el equivalente del ramal derecho del circuito es 50 + 50 =
100 ohmios, el cual a su vez queda en paralelo con el reslstor de 100 ohmios del ramal
Izquierdo. El equivalente de ambos ramales es un reststor de 50 ohmios.
2. La corriente total utilizada es igual al voltaje de la fuente, dividido por la resistencia
equivalente del circuito: 120/50 = 2.4 amperios.
3. El voltaje que atraviesa el resistor de 100 ohmios, de la izquierda, es el voltaje de la
fuente: 120 voltios. En el ramal derecho, el voltaje de la fuente está igualmente dividido
entre el único resistor de 50 ohmios y, la combinación paralela de resisto res de 100
ohmios, ya que su equivalente también es de 50 ohmios. Por lo tanto, el voltaje a través
de los tres resistores del ramal derecho es 120/2 = 60 voltios.
4. La potencia es igual a la corriente multiplicada por voltaje. El voltaje de la fuente es
de 120 voltios, la corriente total del circuito es de 2.4 amperios. La potencia total del
circuito es 120 x 2.4 = 288 vatios. Esta es igual a la suma de la energía de cada
sección, la que puede calcularse mediante la fórmula P El/A.
=
3 -14
EJERCICIO PRACTICO V
A. Al cerrar el interruptor 2 se conectarán ambos elementos en serie a través de la Irnea
de 240 voltios, para la posición baja. Los interruptores 1 y 3 deben estar abiertos.
Cerrando el interruptor 1 se conectará directamente un elemento a los 240 voltios para
la temperatura media. El interruptor 3 debe permanecer abierto. El Interruptor 2 puede
estar abierto o cerrado.
Al cerrar los interruptores 3 y 1 se conectarán ambos elementos en paralelo a través
de los 240 voltios, para la posicí6n en alta. El interruptor 2 debe permanecer abierto.
B. Al cerrar los interruptores 2 y 3 al mismo tiempo, se producirá un corto circuito en
ambas lineas de 240 voltios.
3 -15
REPASO FINAL
INSTRUCCIONES:
Escoja la respuesta que mejor complete la proposición.
1. En un circuito en serie, la corriente en cada carga:
A.
B.
C.
D.
es la misma.
se combina para igualar la corriente de la fuente.
depende del número de ramales existentes.
es igual al voltaje de la fuente dividido por la resistencia de esa carga.
2. En un circuito en serie, el voltaje a través de cada carga:
A.
B.
C.
D.
es el mismo.
es igual al voltaje de la fuente.
depende de la resistencia de esa carga.
se suma para que sea más alto que el voltaje de la fuente.
3. La resistencia total de un oircuito en serie es:
A.
B.
C.
D.
el voltaje de la fuente multiplicado por la corriente de la fuente.
la suma de las resistencias de las cargas individuales.
menor que la resistencia de la carga más pequeña.
infinita hasta que una carga se queme.
4. Rara vez las cargas se conectan en serie, porque:
A.
B.
C.
D.
se necesita mucha corriente para energizarlas.
el voltaje a través de cada una es demasiado alto.
la caída del voltaje a través de los conductores es demasiado alta.
no pueden ser controladas individualmente.
5. En un circuito en paralelo, la corriente de la fuente es:
A.
B.
C.
D.
la suma de las corrientes de los ramales.
menor que la oorriente en la carga de mayor resistencia.
cero, si alguna carga está fuera de servicio.
mayor que la corriente de cualquier conductor.
6. La resistencía total de un circuito en paralelo, es:
A.
B.
C.
D.
3 -16
la suma de las conductancias de las cargas.
1 dividido por la suma de las conductancias de las cargas.
mayor que la resistencia de la carga mas grande.
la suma de las resistencias de las cargas.
Un circuito de 120 voltios tiene tres ramas en paralelo. Una de las ramas tiene una carga de 5
ohmios. Cada una de las restantes tiene una carga de 10 ohmios.
7. El voltaje a través de la carga de 5 ohmios es
8. La resistencia total del circuito es
_
o
9. Una carga de 10 ohmios está en serie con tres cargas paralelas de 15 ohmios. La
resistencia equivalente del circuito es:
A.
B.
C.
D.
55 ohmios.
17.5 ohmios.
15 ohmios.
3.33 ohmios.
10. Para proteger todo un circuito, el fusible deberá siempre:
A.
B.
C.
D.
interrumpir el conductor a tierra o, el de regreso.
ser suficientemente pequeño para proteger la menor de las cargas.
ser de un tamaño tal que proteja al mayor de los conductores en un circuito.
estar conectado lo más cerca posible de la fuente.
3 -17
Parte Dos
En los circuitos de CA y CD que tienen cargas puramente resistivas, como las luces y los
calentadores, se puede aplicar la Ley de Ohm para calcular la corriente, el voltaje y la resistencia
Sin embargo, cuando los circuitos de CA contienen bobinas o capacitores, se altera el comportamiento de la corriente y del voltaje.
Por ejemplo, se puede encontrar que la resistencia de una bobina es de 2 ohmios. De acuerdo
con la Ley de Ohm, se esperaría un flujo de 12 amperios si se hacen pasar por la bobina, 24
voltios; y esto es lo que se mediría silos 24 voltios fueran CD. Sin embargo, si se trata de CA,
al medir la corriente se encuentra mucho menos. Parece que no se cumple la Ley de Ohm.
IMPEDANCIA
= RESISTENCIA
Y REACTANCIA
La razón es que las bobinas y los capacito res de los circuitos de CA se oponen al flujo de la
corriente mediante una fuerza llamada Reactancla. Tanto la reactancia como la resistencia
obstaculizan el flujo de la corriente en estos circuitos.
El término Impedancia, representado con la letra Z, se utiliza para incluir, tanto la reactancla
como la resistencia, y reemplaza a la "RO en la Ley de Ohm.
Z= VII
La impedancia, Z, de un componente o de un circuito, representa su oposición total al flujo de
la corriente.
Resistencia
Cuando se aplica voltaje alterno a cualquier componente resistivo, la corriente producida se
alterna exactamente al mismo ritmo que el voltaje.
+
v
Tanto la corriente como el voltaje describen el esquema de una onda sinusoidal, en el que los
picos negativos y positivos del voltaje y de la corriente tienen lugar exactamente al mismo
tiempo.
3 ·18
Reactancla Inductiva
En las bobinas, o en los inductores, la corriente se atrasa con relación al voltaje en 90Q•
+
Como se vió en la Lección 2, la Inducción electromagnética, es la generación de un voltaje,
siempre que la corriente cambia su valor, en un alambre. Cuando el alambre está embobinado, el efecto se intensifica.
El voltaje inducido en una bobina se denomina Fuerza Contraelectromotrlz. Su polaridad es
contraria a la polaridad del voltaje aplicado. de tal manera que, en realidad trabaja contra el
vcltaje aplicado y se opone al cambio del nivel de corriente. La fuerza contraelectromotriz, se
puede representar como un fuerza que debe ser superada por la corriente. El resultado es que
la intensidad de la corriente disminuye en relación con el voltaje aplicado. Su flujo es obstaculizado y se rezaga con relación al voltaje aplicado.
Esta es la fórmula para calcular la Reactancia Inductiva de una bobina:
Xl = 6.28 x f x L
En los casos en que la resistencia de una bobina es pequeña, Xl es también la impedancia,
en ohmios, de la bobina pues, la baja resistencia puede ser ignorada. L es la inductancia de la
bobina, medida en Henrys. Entre mayor sea el diámetro de la bobina y mayor sea su número
de vueltas, mas alta será también su lnduclancia. f representa la frecuencia de la CA, normalmente de 50 ó 60 Hertz.
EJERCICIO PRACTICO I
1. Se ha diseñado una bobina para 500 mllihenrys y será usada en un circuito de 60 Hertz.
¿Cuál será su impedancia?
2. El voltaje que recorre una bobina en un circuito de 50 hertz es de 240 voltios. Un amperímetro sellaJa que hay una corriente de 3 amperios que la recorre. ¿Cuál es su impedancia?
3·19
Reactancla Capacitiva
Los capacitares poseen dos superficies eléctricamente conductivas llamadas "placas". aisladas entre sí por un material dieléctrico. Cuando se aplica una corriente a un capacitar. los
electrones abandonan una placa y de desplazan hacia la otra, aumentando así el voltaje entre
las placas. Este flujo de electrones, si bien tiene lugar en el circuito fuera del capacitar,
aumenta el flujo de corriente a lo largo del capacitar.
Cuando el voltaje entre las placas es igual al voltaje de la fuente, se detiene el flujo de electrones.
En un circuito de CD, una vez que la placas estén totalmente cargadas, el capacitar impedirá
completamente el flujo de corriente hasta que se descarguen las placas. Aún después de que
se haya desconectado la corriente, el capacitar mantendrá su carga hasta que las placas
estén en corto entre sí, o hasta que gradualmente se descarguen.
Sin embargo, en un circuito de CA, cada vez que la corriente cambia de dirección, los electrones se organizan en forma alterna, primero sobre una de las placas y después sobre la
otra. La corriente carga las placas. creando en ellas un voltaje, primero con una polaridad, y
después con la otra. La corriente debe fluir antes de que se forme el voltaje.
En los capacitores, la corriente fluye adelante del voltaje, en 90Q•
+
v
Como la corriente va adelante del voltaje, se presentan porciones de cada ciclo, durante las
cuales, la dirección del flujo de corriente va en contra de la polaridad del voltaje. El voltaje se
opone al flujo de la corriente, tratando de empujarlo en la dirección opuesta, durante la mitad
de cada ciclo.
3·20
La fórmula para calcular la Reactancia Capacitiva, o la impedancia de un capacitor es:
x
=
e
1
6.28 X fx C
en donde f es la frecuencia de la CA en Hertz y, C es la capacitancia.del
capacitor, en faradios.
Entre mayor sea la capacitancia del capacítor, y mayores sean las placas, mayor será el
número de electrones que éste puede almacenar con cualquier voltaje. En la medida en que
la capacitancia aumente, la impedancia disminuye.
EJERCICIO PRACTICO 11
1. ¿Cuál capacitor tiene la menor reactancia capacitiva?
a. 350 microfaradios
b. 650 microfaradios
¡Atención I
La reactancia inductiva de las bobinas puede ocasionar que se
forme un arco de alto voltaje peligroso entre los contactos, aún
en los circuitos de bajo voltaje. iEsto es especialmente peligroso
en un circuito de CO!
Si un circuito contiene un capacltor, hay que descargar el capacitor
antes de trabajar sobre el circuito o antes de hacer una lectura de
la resistencia. No ponga en corto los terminales del capacitor. Una
elevación repentiná de corriente puede dañar los equipos. Use un
resistor apropiado de, al menos, varios miles de ohmios.
3 - 21
COMBINACION
DE LAS IMPEDANCIAS EN SERIE y EN PARALELO
En la primera parte de esta Lección, hemos visto cómo se combinan las resistencias en serie
y en paralelo en una única resistencia equivalente.
El mismo procedimiento se emplea para combinar la reactancia de cualquier circuito en serie
o en paralelo sj los componentes son todos capacitores, o todas bobinas. En otras palabras:
1. para encontrar una reactancia equivalente a la reactancia inductiva de las bobinas en serie.
y a los capacito res en serie, sume sus reactancias.
2. para encontrar una reactancia equivalente a las reactancias en paralelo, calcule el inverso
de cada una (dividirlas por 1), sume los resultados, y después halle el inverso de la suma
(dividir por 1 nuevamente) para obtener la reactancia equivalente.
En los circuitos en los que están mezclados las bobinas, los capacitores y los resistores, el
procedimiento es mucho más complicado, pues el voltaje y la corriente están en fase en la
resistencia y, fuera de fase, en la dirección opuesta, en los capacito res y bobinas.
EJERCICIO PRACTICO 111
Suponga una CA de 60 ciclos:
1. ¿Cuál es la reactancia de esta
2mh.
combinación en serie de dos
bobinas de 2 milihenrys cada una?
2mh.
2. ¿Cuál es la corriente de la fuente de
este circuito, de dos capacito res en
paralelo, de 10 microfaradios cada uno?
Nota: 1 faradio = 1,000,000 de microfaradios.
600v
3 -22
FASORES
La impedancia de los circuitos que combinan los componentes reactivos y resistivos, se puede
calcular usando tasores. Un fasor es una flecha o vector que se puede utilizar para representar
gráficamente la impedancia o la corriente.
1. La longitud del vector en la gráfica, es proporcional a la impedancia, corriente o voltaje.
2. La dirección de la flecha representa la relación de fase.
Si se toma como referencia el voltaje que recorre un componente, el vector de la corriente
señalará en la misma dirección, si el componente es un resistor, ya que el voltaje y la
corriente están en fase.
v
1
1
•
•
resistencia
v
90'
90'
v
•
reactancla
Inductiva
reactancia
capacitiva
Por consiguiente, si el vector apunta, como las manecillas del reloj, a las tres en punto, el
vector de la corriente, también apuntará a las tres.
Pero, el fasor de la corriente apuntará hacia las doce si el componente es una bobina y,
hacia las seis, si el componente es un capacitor. Esto tiene sentido, si se recuerda que la
corriente en una bobina irá 90 grados atrás del voltaje y, la corriente en un capacitor está
90 grados adelante del voltaje.
Cuando se dibujan los vectores hay que recordar que:
3. Lasflechasdelfasor
se pueden dibujaren lagráfíca, una acontinuación de la otra, en cualquier
orden, con tal de que su longitud y dirección estén correctas.
4. La combinación resultante de vectores es un sólo vector que. comienza en el punto inicial de
la primera flecha y termina con la punta de la última flecha.
3 - 23
Para encontrar la impedancia equivalente de un circuito que incluye diferentes clases de
reactancias y resistencias. utilice los tasares de impedancia. Como en el caso de los tasares
de corriente. el voltaje se toma como una referencia.
• la impedancia de un componente resistivo se representa mediante una flecha que
apunta hacia la derecha.
• la impedancia de un componente inductivo se representa mediante una flecha que
apunta hacia arriba.
• la Impedancia de un componente capacitivo se representa con una flecha que señala
hacia abajo.
Ejemplo:
La impedancia del inductor, del resistor y del capacitar, están representadas por los vectores
identitificádos Xl' R, Y
x,
XL= 5 ohmios
R =4ohmlos
Xc= 2ohmlo8
Para representar gráficamente los vectores del ejemplo:
a) Dibuje los vectores uno a continuación de otro. en cualquier orden.
b) Una el punto inicial del primer vector con la punta de la última flecha.
e) Mida la longitud del vector resultante; ésta representa, en ohmios. el valor de la
impedancia del circuito.
d) Mida el ángulo resultante del fasor con respecto a la horizontal; este ángulo representa
el ángulo de la corriente y el voltaje.
En otras palabras. esta combinación en serie de componentes, tiene una impedancia de 5
ohmios y, la corriente del circuito se retrasará con relación al vOltaje,-en cerca de 37 grados.
3-24
Si se conoce la parte resistiva de la Impedancia y la parte reactiva, se puede calcular la
impedancia total, mediante la siguiente fórmula:
Por ejemplo, en un circuito como este,
la impedancia total, Z, será igual a la raíz
cuadrada de 6 ohmios al cuadrado, más
nueve ohmios al cuadrado, o sea 10.82
ohmios.
9 ohmios
XL=9 ohmios
6 ohmios
Z = 10.82 ohmios
R=6ohmlos
LA ENERGIA EN LOS CIRCUITOS REACTIVOS
En una carga puramente resistiva, la corriente siempre está en fase con el voltaje. Esto quiere
decir que, si se mide el voltaje de un calentador y si se mide su corriente, se puede utilizar la
fórmula:
P= l x V
para determinar los vatios de potencia que se están consumiendo.
Sin embargo, si se hacen estos cálculos en un motor o en cualquier otra carga reactiva, se
encontrará que, al multiplicar la corriente por el voltaje. se obtiene un resultado que es mayor
que la energía real consumida. Si se comprueba la respuesta con un medidor de vatios se
observará una diferencia significativa.
La razón radica en que, la corriente y el voltaje en la reactancia inductiva del motor no
contribuyen al consumo de energia.
Al multiplicar simplemente las lecturas de corriente y voltaje del motor, se obtendrá una
Potencia Aparente. no la real.
La lectura menor del medidor de vatios es la Energía Real que consume la impedancia
resistiva del motor.
3·25
FACTOR DE POTENCIA
El factor de potencia es la razón entre la Energía Real y la Energía Aparente. También es la
razón entre la parte resistiva de la impedancia y la impedancia total.
Factor de Potencia =
Ene~gía Real
Energla Aparente
R
=Z
Cuando la impedancia de la carga no es puramente resistiva (factor de potencia = 1) hay una
corriente fuera de fase en las líneas, que no funciona. Esta corriente extra, aumenta las pérdidas en la línea. Se necesitan generadores y conductores más grandes para producirla y
enviarla. Las compañías eléctricas a veces imponen un recargo por la corriente fuera de fase.
Los usuarios de la energía tratan de mantener el factor de potencia lo más cercano a 1, en lo
posible.
El factor de potencia se puede leer directamente con un medidor de factor de potencia. También se puede calcular con las lecturas de los medidores de voltaje, corriente y energía.
Por ejemplo, si el medidor de vatios mostró que un motor consume 1920 vatios, pero el
amperfmetro y el voltímetro midieron 5 amperios a 480 voltios, el factor de potencia sería 0.8.
Factor de Potencia
=
Ene~gía Real
Energla Aparente
= Vatios =
Ix V
1920w
5a x 480v = 0.8
La mayoría de las cargas reactivas en la industria, son las bobinas, en las cuales, la corriente
va detrás del voltaje. Con el fin de acercar más el factor de potencia al, se instalan capacitares, de valor adecuado, en paralelo con los circuitos del motor. Su reactancia capacitiva, en
donde la corriente va adelante del voltaje, neutraliza la reactancia inductiva de las bobinas.
3-26
Respuestas 8 los EJercicios Prácticos
EJERCICIO PRACTICO I
1. La reactancia inductiva de una bobina es 6.28 multiplicada por la frecuencia y por la
inductancia de la bobina, en henrys. Como 500 millhenrys = 0.5 henrys, el cálculo es:
XL = 6.28 x 60 x 0.5
= 188.4
ohmios
Esto supone que no se tiene en cuenta la resistencia de la bobina. Si no fuese así, habría
que calcular la resistencia dentro de la Impedancia total.
2. La impedancia de un circuito, cualquiera que sea la frecuencia de la CA, es simplemente el
voltaje dividido por la corriente.
Z = VII = 240/3 = 80 ohmios
EJERCICIO PRACTICO 11
El capacitor b, con una capacitancia de 650 microfaradios, tienen una reactancia capacitiva
menor que la del capacitor a, de 350 microfaradios. La fórmula para la reactancia capacitiva
es:
X = __ 1,--_
e
6.28 x f x e
Por consiguiente, entre mayor sea la capacitancia, menor será la reactancia capacitiva y, fluirá
más CA a un cierto voltaje.
EJERCICIO PRACTICO 111
1. Cada bobina de 2 milihenrys tendrá una reactancia inductiva (XL) de 6.28 x 60 x 0.002 =
0.7536 ohmios. La reactancia, como todo lo que se mide en ohmios, se suma en los
circuitos en serie, de tal manera que, la combinación de las dos bobinas será 0.7536 +
0.7536 = 1.5072 ohmios.
2. Cada capacitor de 10 microfaradios tendrá una reactancia capacitiva (Xc) de 1/(6.28 x
60 x 0.00001) = 265.4 ohmios. La corriente de cada capacitor, será el voltaje de la fuente
dividido por 265.4 ohmios (600/265.4
2.26 amperios). La corriente total será la suma de
ambas corrientes: 2.26 + 2.26 = 4.52 amperios.
=
NOTA: Las inductancias de las bobinas en serie se suman, como las resistencias, por lo que
se pudo haber calculado la reactancla de una sola bobina de 4 milihenrys. Para las inductancias en paralelo, se deben tomar los inversos de los valores antes de sumarlas, como las
resistencias. Por otra parte, la capacitancia de los capacitores en paralelo, se suman; de esta
manera, podíamos haber considerado los dos capacitores como un solo capacitor de 20
microfaradios. Las capacitancias en serie, a diferencia de las inductancias y las resistencias;
se invierten (se dividen por 1) antes de ser sumadas.
3 -27
REPASO FINAL
INSTRUCCIONES:
Escoja la respuesta que mejor complete la proposición.
1. La impedancia incluye:
A.
B.
C.
D.
la inductancia y la capacitancia.
todo lo que se opone a la corriente, excepto la resistencia neta.
la resistencia y la reactancia.
Ni A ni C son correctas.
2. Tanto las bobinas como los capacito res tienen:
A.
B.
C.
D.
alta resistencia
cero impedancia para la CD.
reactancia.
resistencia cero.
3. En una bobina. el cambio de corriente produce:
A.
B.
C.
D.
Inductancia.
una fuerza contraelectromotriz.
pérdida de energía.
un incremento de la carga.
4. La reactancia inductiva!!Q depende:
A. de la frecuencia.
B. del voltaje aplicado.
C. de la induclancia.
D. del tamaño de la bobina y del número de vueltas del alambre.
5. La corriente alterna en una bobina:
A. está en fase con el voltaje.
B. está un ciclo total atrás del voltaje.
C. está en cero cuando es máximo el voltaje que recorre la bobina.
D. es siempre negativa cuando el voltaje es positivo.
6. Los grandes capacitores
A.
B.
C.
D.
3 ·28
Uenen mayor capacitancia
Impiden más el flujo de la CA
resisten más la CD
se cargan más rápidamente
que los pequeños capacitores.
7. El vector que representa la impedancia total:
A.
B.
C.
D.
está siempre alineado con el vector que representa el voltaje aplicado.
depende del orden en que se sumen los vectores del componente.
tiene una longitud proporcional a los ohmios de la impedancia.
es más corto que cualquiera de los vectores del componente.
8. La potencia real enviada a una impedancia depende:
A.
B.
C.
D.
solamente de la parte resistiva de la impedancia.
del voltaje que atraviesa la impedancia multiplicado por la corriente que la recorre.
de los ohmios de la reactancia: multiplicados por el cuadrado de la corriente.
de los volti-amperios, divididos por el lactar de potencia.
9. Es importante mantener el factor de potencia, tan alto como sea posible, con el fin de:
A.
B.
C.
D.
limitar el consumo de energía.
reducir la corriente fuera de fase en las líneas.
reducir el voltaje y la corriente para la carga.
evitar el pago de vatios no utilizados.
10. La corriente, cuando va detrás del voltaje en las líneas, indica que:
A.
B.
C.
D.
la
la
la
el
carga
carga
carga
factor
es
es
es
de
capacitiva.
inductiva.
resistiva.
potencia = 1.
3 - 29
LECCION 4
Circuitos de Energía Trifásica
INTRODUCCION
Esta lección repasa los circuitos de energía de CA monofásica y trifásica, y explica cómo los
mayores componentes de energía - transformadores, motores, y otras cargas - están
conectados con las líneas de la energía. Se incluyen ejercicios prácticos, con sus
explicaciones.
OBJETIVOS
El programa de video y este manual, están diseñados para que usted sea capaz de:
• Reconocer el tipo de CA disponible.
• Describir las diferentes configuraciones
trifásicas en Y ó en Delta.
• Calcular el voltaje del transformador y la corriente en las diferentes configuraciones
trifásicas.
• Conectar las cargas, y los transformadores
monofásicos y trifásicos.
4-1
ENERGIA TRIFASICA
La mayor parte de la electricidad se transmite como energía trifásica. Se emplean tres conjuntos de bobinas separados entre st 120 grados, para generar tres corrientes distintas en tres
líneas de energía.
A
B
e
• La energía trifásica permite un funcionamiento más suave y eficiente de equipos
Industriales de trabajo pesado .
• La energía trifásica puede transmitirse a largas distancias con un metal menos conductor.
Todo equipo de energía eléctrica debe conectarse en forma correcta para evitar riesgos y
danos. La energía trifásica conlleva más problemas- potenciales, pues sencillamente hay más
alambres que conectar: tres conductores de energía y algunas veces un conductor neutro
conectado a tierra. Los transformadores trifásicos producirán diferentes voltajes de salida,
dependiendo de la manera como estén conectados. Los motores trifásicos funcionarán hacia
atrás si se invierte la secuencia de las fases y. la inversión de la polaridad del voltaje puede
ocasionar serios daños.
Para evitar estos problemas. es necesario tener gran familiaridad con los circuitos trifásicos de
suministro y, con la relación existente entre el voltaje y la corriente en ellos.
4-2
FUENTES DE ENERGIA MONOFASICA
y TAIFASICA
Antes de poder conectar cualquier cosa - una carga, un dispositivo de control, o un transformador - a una linea de energia CA, es necesario saber si se cuenta con energia monofásica
o trifásica, y además, qué tipo de fuente la produce.
En últíma instancia, la fuente de la mayor parte de energía CA es un alternador. En la práctica.
la fuente local, es casi siempre el lado secundario de un sistema de transformador. Los transformadores de distribución. en las subastaciones locales o de las plantas, generalmente
suministran de 1100 a 13,600 voltios. Los transformadores de bajo voltaje en los ramales de
acometida, suministran voltajes entre 120 y 600.
Se pueden encontrar las siguientes combinaciones de líneas de suministro:
a) Si solamente hay un conductor caliente (generalmente negro) y un conductor a tierra (blanco o
gris). se cuenta con energía monofásica. en ellos.
b) Si hay dos conductores calientes (ambos negros,
o uno negro y uno rojo), entre ellos, hay energía
monofásica.
c) Si hay dos conductores calientes y un conductor
neutro a tierra, se cuenta con energra monofásica
entre ros conductores calientes y, (en los voltajes
bajos) entre cualquier conductor caliente y el
conductor neutro. Este es el sistema Edison
monofásico de tres alambres.
d) Si hay tres conductores calientes, la fuente es
trifásica. Se enCUenlra energia monofásica entre
dos conductores cualesquiera. La conexión de
cargas trifásicas a los tres conductores calientes,
suministra energía trifáSica. El voltaje entre cada
par de conductores, deberá medir lo mismo, pero
los voltajes estarán destasaoostzo grados.
e) Si hay tres conductores calientes y un conductor
neutro a tierra, también se cuenta con energra
monofásica emre dos o tres de los conductores
calientes y el neutro. Este es un sistema trifásico
de cuatro alambres.
negro
b"'""""grls
:c
-
nagro
y
1"
y
1"
-
negrolroJo
negro
j
bl.'lco/grle
V
negrolroJo
y
I
1
ty
y
I
n8gro
nagro/roJo
negro/azulfna,.nl.
1"
y
1
38
I
negro/a%.uVhar.nJ.
nagro/roJo
I t
blanco/m
n.gro
y
- t
•
I
y
I
I
V
3fi1
I
4-3
REPASO SOBRE EL FUNCIONAMIENTO
DE LOS TRANSFORMADORES
Para conectar los transformadores es necesario saber calcular el voltaje, la corriente y la
potencia.
primario
secundarlo
El voltaje que recorre el pnrnarto será el
voltaje de cada vuelta multiplicado por el
número de vueltas. El votaje que recorre
el secundario será el voltaje de cada vuelta
multiplicado por el número de vueltas en el
secundario.
ti = número
dQ vuellas
del devanado
la proporción del voltaje que recorre uno de los devanados, con el voltaje que recorre el otro
devanadado, es la misma que la relación de las vueltas entre los devanados.
La proporción de las vueltas (denominado "turns ratio'. en inglés) de un transformador, con
frecuencia, se especifica como el número de vueltas en el secundario (T,l dividido por el
número de vueltas en el primario (Tp)'
V. = T. .. Proporción de las vueltas
Vp
Tp
1) Si se conoce la proporción de las vueltas y el voltaje primario, el voltaje secundario es
simplemente el voltaje primario multiplicado por \a proporción de las vueltas.
2) Sin embargo, la corriente secundaria es igual a la corriente primaria dividida por la
proporción de las vueltas.
3) Usualmente 10$ transformadores están calculados en KVA (kilo voltiamperios}. La
corriente multiplicada por el voltaje enviado a una carga, es aproximadamente igual a la
corriente multiplicada por el voltaje que va al primario, aunque hay cierta pérdida en
forma de calor.
Cuando cambia la corriente de la carga, también cambia la corriente primaria. Si se desarrolla un
corto a través de la carga, es casi como si los terminales del devanado primario hubiesen hecho
corto. En aliado del prtmado se abfilá un 1uslble o un interruptor automático.
Si se abre el circuito secundario de tal manera que no se obtenga más conien~e, la corriente
primaria será muy poca
Ejemplo: El voltaje del primario de un transformador reductor de 15 a 1, es de 7200 voltios.
¿Cuál es el voltaje de la carga? SI la carga consume 30 amperios, ¿cuánta corriente hay en el
primario, y cuántos KVA son enviados a la carga?
El voltaje enviado a la carga es 7200/15 = 480 voltios.
La corriente en el primario es 30/15
= 2 amperios.
Los KVA enviados a la carga son alrededor de 2 x 7200
= 30
x 480
=
14.4 KVA.
SI suponemos una eficiencia de menor del 100%, la corriente y los KV A en el primario serán
un poco más altos.
EJERCICIO PRACTICO I
Un transformador calculado para reducir 4800 voltios a 240 voltios, tiene un fusible en la línea
de entrada al primario que se quemará a los 5 amperios.
A. ¿Cuál es la proporción de vueltas del secundario con relación al primario?
B. ¿Cuál es la corriente máxima que puede ser suministrada por el secundario?
C. ¿Cuál es la máxima salida, en KVA?
primario
I
secundario
5amp
4800 V
240V
carga
4·5
CONEXIONES DEL TRANSFORMADOR
PARA LA ENERGIA MONOFASICA
Siempre que se conecte un transformador a las lineas de energía, hay que estar seguro que:
• la proporción de las vueltas dará el voltaje secundario deseado.
• no se exceda el voltaje calculado para la primaria del transformador.
• no se excedan los KVA calculados del transformador.
primario. Los transformadores monofásicos con
dos terminales primarios o conductores aislados
para alto voltaje, pueden ser conectados entre
dos conductores calientes, o entre un conductor
caliente y el neutro.
L1
L2
L3
Los transformadores con un solo terminal primario
aislado para alto voltaje, deben conectarse entre
un conductor caliente y el neutro.
Secundarlo. Si un devanado secundario tiene tres
terminales, la del medio probablemente es una
derivación del centro del devanado.
El terminal de la derivación del centro, generalmente está conectado a tierra. Si se suministran
cargas de medio voltaje o de voltaje completo,
se conecta, al terminal central, un conductor
neutro conectado a tierra.
neutro
'1--- L1
'-..,;~-+---
L2
Prueba de Voltaje en CA
Si el secundario tiene tres terminales, y no se
conoce con seguridad cuál es la derivación del
centro, se aplica un medidor de voltaje al primario
y se mide el voltaje entre los pares terminales
secundarios. El terminal de la derivación del
centro leerá la mitad del voltaje con relación
a cualquiera de los otros,
voltios
4-6
Frecuentemente hay dos devanados secundarios separados y cuatro terminales o conductores. Para voltaje total conecte los devanados en serie.
a) Si solamente se van a alimentar
cargas con la mitad del voltaje,
conecte los devanados secundarios en paralelo.
b) Si solamente se van a alimentar
cargas de voltaje completo,
conecte los devanados en serie.
c) Si se van a alimentar tanto cargas
de medio voltaje (V.) como de
voltaje completo (Vz), conecte los
devanados en serie y colóquele
un conductor neutro conectado a
tierra a la unión de los devanados.
........
",
v2=2 -'-
Vi
11 s.y1
~
--
Generalmente los terminales del transformador están organizados de tal manera que, al
conectar los terminales del centro coloca los devanados en serie y, al conectar los pares de
terminales adyacentes, pone los devanados en paralelo. Sin embargo si se presenta alguna
duda, pruebe el transformador:
Primero: Identifique los devanados con un ohmnimetro. Si hay dos terminales o conductores
Internamente conectados mediante un devanado, la lectura de la resistencia entre ellos será
bastante baja. ¡NO CONECTE ENTRE SI ESTOS TERMINALES EXTERNAMENTEI Esto
pondría en corto el devanado.
Si la lectura entre los dos terminales es infinita, ellos están en devanados separados.
Segundo: Conecte entre sí, un conductor o terminal, de cada devanado secundario. Aplique
al primario una prueba de voltaje CA, y mida el voltaje entre los dos terminales o conductores
secundarios restantes.
Si el voltaje es cero, los terminales se pueden conectar para operación en paralelo. Si el
voltaje que atraviesa un devanado individualmente, es el doble, los devanados están en serie.
Invierta a paralelo una de las conexiones del devanado secundario.
4-7
Cuando una carga necesita un voltaje algo diferente del voltaje disponible en la línea, los
transformadores se utilizan, algunas veces, en un arreglo "reductor/elevador".
A
B
Los transformadores hechos para este tipo de servicio tienen un devanado principal diseñado
para tomar los voltajes de las líneas y, uno o más devanados con, relativamente, pocas
vueltas. Los devanados están conectados entre sI, de tal manera que el transformador se
convierte en un autotranstormader con un solo devanado.
A. Para eleyar el voltaje de salida, el voltaje de entrada se aplica a través del devanado
principal y, el voltaje de salida se toma a través de ambos devanados en serie.
B. Para reducir el voltaje, el voltaje de entrada se aplica a través de ambos devanados en
serie y, el de salida, se toma únicamente del devanado principal.
Si, por ejemplo, las lineas de potencia
local, suministran 440 lJoltios, pero se
conecta un nuevo motor de 480 voltios,
será necesario un transformador
reductor/elevador, conectado como en A.
40V
480 V
440V
4-8
CONEXIONES DE TRANSFORMADORES
PARA ENERGIA TRIFASICA
La mayoría de fas instalac/ones de transformadores de alta potencia, proporcionan todas las
tres fases, bien sea con una sola unidad de transformador trifásico, o tres unidades de transformadores monofásicos. En ambos casos se tienen tres devanados primarios y tres devanados secundarios.
Los devanados primarios y secundarios de un sistema de transformadores pueden estar
conectados en Y o en DELTA. Nota: Una conexión en Y a menudo se conoce también como
una QQnexjón en estrella (o 'wye", en inglés). Las conexiones en Delta frecuentemente son
denominadas conexiones en trjángulo.
En una conexión en Y. un extremo de cada uno
de los devanados está conectado a una unión
neutra. El otro extremo de cada devanado está
conectado a una línea de energía.
y
En una conexión en delta, los devanados están
conectado entre sí, en serie y, se conecta un
conductor caliente a cada unión.
DELTA
4-9
Existen cuatro arreglos posibles de circuitos de transformadores
y
y
y
DELTA
DELTA
DELTA
trifásicos:
DELTA
y
En las conexiones delta-delta y Y-Y, la corriente y el voltaje serán simplemente transformados
de acuerdo con las reglas de la proporción de las vueltas.
Pero en las conexiones delta-Y y Y-delta, con la simple aplicación de la proporción de las
vueltas no se proveerán los valores correctos de la corriente y el voltaje secundario. Hay que
tomar en consideración factores adicionales, porque la corriente, se divide en delta, y el
voltaje, se divide en Y.
al En una conexión en delta, el voltaje
que atraviesa un devanado es el
mismo que el voltaje línea a línea.
Pero la corriente se divide entre los
devanados en la delta. La corriente
en cada devando es igual a la
corriente de la línea dividida por 1.73.
578a
.
5.78a.
4 -10
=
.
10a.
1.73
B
b) En toda conexión en Y, la corriente de la
linea y la corriente del devanado es la
misma. Pero el voltaje linea a línea se divide
entre los dos devanados en la Y. El voltaje
en cada devanado es el voltaje linea a linea
dividido por 1.73.
277v= 480v
t73
10a. ,/
A
2
1
As!, en un transformador y- Delta:
131"
cSO.
l
v&
= V + 1.73 x proporción de las vueltas (~')
IP
P
= 480v -e- 1.73 x (1/2)
Cada devanado prima río tendrá un
voltaje igual al de linea a linea, dividido
por 1.73. Este se transforma en el
voltaje del devanado secundario, de
acuerdo con la proporción de las vueltas. Cada devanado secundario tiene
una línea con energía conectada a cada
extremo, de tal manera que el voltaje de
salida, línea a línea es el mismo que el
voltaje del devanado secundario.
= 138 voltios
2 :1
34.6 a.
l. = Ip'" proporción de las vueltas x 1.73
=
Cada devanado primario tendrá
corriente igual a la de la línea. Esta se
forma en corriente del devanado secundario de acuerdo con la proporción de
las vueltas. Como la corriente en cada
devanado secundario es igual a la
corriente de la línea secundaria, dividida
por 1.73, la corriente de la línea secundaria es Igual a la corriente del devanado secundario multiplicado por 1.73
10 amperios ... (1/2) x 1.73
= 34.6
amperios
4 -11
2
vs = V
p
En un transformador
1
El voltaje línea a línea que recorre cada
devanado primario, se transforma, para
cada devanado secundario, de acuerdo
con la proporción de las vueltas. Como
el voltaje del devanado secundario es
el voltaje línea a línea dividido por 1.73,
el voltaje de salida línea a línea es el
voltaje del devanado secundario
multiplicado por 1.73.
x proporción de las vueltas x 1.73
= 480v
Delta- Y:
x 1/2 x 1.73
= 415 voltios
l. =
'p'"
1.73 ... proporción de las vueltas
= 10 amperios
e
La corriente del devanado primario es
igual a la corriente de la línea dividida
por 1.73. La corriente del devanado se
transforma en la corriente del devanado
secundario, de acuerdo con la proporción de las vueltas. Como cada devanado secundario alimenta una línea de
energía, la corriente de salida es igual a
la corriente del devanado secundario.
... (1/2) ... 1.73
11.5 amperios
y-y
Delta - üsna
Voltaje
Secundario
Corriente
Secundaria
Vs:
Is =
y - Delta
V p x proporción de
las vueltas
V p + 1.73 x proporción
de las vueltas
V p x proporción de las
vueltas x 1.73
Ip + proporción de
Ip + proporción de tas
l.
las vueltas
vuenas x 1.73
Proporción de las vueltas
4 -12
Deha - Y
=
vueltas se~nd.arlas
vueltas pnmanas
+
1.73 + proporción
de las vueltas
EJERCICIO PRACTICO 11
Un transformador Delta-Y produce 120 voltios desde cualquier línea al neutro. El voltaje primario
linea a linea es de 2400. Calcule:
A. La proporción de las vueltas.
B. La corriente del devanado primario, si la corriente de la línea secundaria es de 40 amperios.
C. El voltaje secundario línea a linea.
D. La corriente de la línea primaria, si la corriente de la línea secundaria es de 40 amperios.
4 -13
IDENTlFICACION
y CONEXION DE LOS TERMINALES O CONDUCTORES
1. Energía trifásica desde una sola unidad de transformador trifásico:
Los transformadores trifásicos tendrán, al menos, tres terminales
primarios y tres terminales secundarios.
Los cuartos terminales no aislados, bien sea del lado primario o
del secundario, son la unión neutra de una conexión en Y. Si no
existen cuartos terminales, la conexión interna es, probablemente,
en delta.
Un conductor de alto voltaje está conectado a cada terminal
primario y, un conductor de bajo voltaje está conectado a cada
terminal secundario. los cuartos terminales están generalmente
a tierra y. conectados a sus respectivos conductores neutros.
El único problema posible es que, la secuencia
de las fases, pueda invertirse.
Las fases de un sistema trifásico, generalmente están identificadas como A, By C, correspondiendo a las línea de la fuente L 1, L2, L3, Y a las Irnea de carga T1, T2, T3. Cada fase alcanza
un voltaje pico en tiempos diferentes. Según la secuencia normal, A alcanza el pico primero, la
sigue B, y finalmente viene C.
4-14
T3
T2
Ti
Si se invierten dos conductores cualesquiera primarios o secundarios, bien sea en el transformador o en el motor, como resultado se tendrá que, e alcanzará primero el pico que B, y B
primero que A. El motor funcionará en sentido contrario.
Si no se está seguro de tener una correcta conexión de las fases, conecte los conductores
primarios y secundarios en cualquier orden. Pero, antes de conectarle la energía, revise la
dirección de la rotación de un motor en el que, la inversión de la rotación no causará ningún
problema. Si fuere necesario, desacople primero el motor. Si este gira en el sentido correcto,
igualmente lo harán, todos los otros motores energizados por el mismo transformador.
Si este gira en sentido contrario, cambie dos líneas primarias cualesquiera, o dos líneas
secundarias. Por convención se intercambian las fases A y
para invertir la dirección de
rotación del motor.
e
4 -15
2. Energ[a trifásica desde tres transformadores
monofásicos:
Al igual que en la unidad única del transformador trifásico, en el monofásico hay tres de
vanados primarios y tres devanados secundarios. Sin embargo, las posíbilídades de una
mala conexión son, en éste, mayores, pues los devanados secundarios frecuentemente se
dividen en dos partes y, todos los terminales o conductores de los devanados se encuentran
disponibles para la conexión.
Tanto la polaridad de las conexiones como la secuencia de las fases, deben estar correctas.
la polaridad se refiere a la relación entre los voltajes primario y secundario.
Si se Invierte la polaridad de uno cualquiera de los devanados, se invertirá el voltaje de una
fase, lo que hará saltar los interruptores automáticos, quemará los fusibles, o dañará los
motores.
Por lo general, no se tendrán problemas de polaridad, mientras l1, l2, Y l3, se conecten de la
misma manera a los terminales primario y secundario de transformadores semejantes .
• Veáse el Apéndice, para los métodos de conexión de los transformadores
trifásicos.
EJERCICIO PRACTICO 111
L1 L2 L3
Conecte los tres transformadores en Y-Y, y conecte el motor de tal manera que gire hacia
adelante y, sin polaridad invertida de las fases.
4 ·16
CONEXION A TIERRA DE LOS SISTEMAS TRIFASICOS
Las uniones neutras de los devanados.
tanto primarios como secundarios. en
los transformadores conectados en Y,
generalmente están conectadas a tierra.
Así, el voltaje a tierra de las líneas de
energía de los sistemas en Y. será Igual
al voltaje linea a línea dividido por 1.73.
Si el voltaje a tierra de cualquier linea de
energía es diferente de éste, quiere decir
que algo no está correcto.
Los sistemas en delta no tienen un punto determinado de conexión a tierra. Algunas veces no
están conectados a tierra. En este caso, las medidas del voltaje a tierra de las tres líneas de
energía, pueden o no ser significativas. Si se usa un voltímetro de baja resistencia. el acto de
medir el voltaje, conecta a tierra la fase y. la lectura del voltaje puede ser muy baja o cero. Si
se emplea un voltímetro de alta resistencia. el voltaje a tierra de las líneas en fase deberá dar
una lectura, aproximadamente igual al voltaje línea a línea dividido por 1.73. como en los
sistemas en Y.
Si el voltaje en una fase es cero o muy bajo y, en las otras dos es el mismo que el
voltaje Unea a Unea, hay un corto a tierra en la fase de bajo voltaje. El funcionamiento de
los equipos no será afectado por un corto a tierra. Pero. si se origina otro corto a tierra. fluirán
corrientes peligrosas, entre los cortos.
Es importante
detectar y reparar los cortos a tierra, lo antes posible.
Los sistemas en delta con una esquina conectada la tierra, están unidos permanentemente
con tierra mediante una tase. El voltaje de la
fase conectada a tierra, naturalmente será cero
y, el voltaje a tierra de las otras dos fases será
igual al voltaje linea a linea.
Sea que los conductores o los
tierra, los marcos de todos los
las bandejas de los cables, las
razones de segurídad deberán
480V
'>---1--
480V
480V
transformadores
estén o no conectados a
equipos, las cajas, los tubos conductores,
vlas colectoras, y las partes expuestas, por
estar conectadas a tierra.
4 -17
ENERGIZACION
DE CARGAS MONOFASICAS
CON SISTEMAS TRIFASICOS
Todo sistema trifásico tiene voltaje monofásico entre las líneas de energía, que puede emplearse para energizar cargas monofásicas en un voltaje Irnea a línea, o en otro tipo de
voltaje, si se usa un transformador monofásico.
Cuatro alambres en Y
Si un conductor neutro a tierra, se conecta
a una unión en Y, el sistema se denomina
un sistema de cuatro alambres en Y. Se
pueden conectar cargas monofásicas, entre
cualquier linea de energía y el neutro conectado a tierra. El voltaje disponible es igual
al voltaje línea a Hnea dividido por 1.73.
Cuatro alambres en Delta
Un sistema en delta de cuatro alambres
tiene un conductor neutro a tierra,
conectado a una derivación central de un
devanado secundario. Se dispone así, de
un voltaje monofásico, entre cualquier
extremo del devanado y el neutro a tierra,
igual a la mitad del voltaje línea a línea.
El voltaje entre el conductor de la otra fase
y el neutro conectado a tierra, será considerablemente mayor que la mitad del
voltaje línea a línea. Este falso voltaje,
normalmente no se emplea para energizar
cargas monofásicas.
¡Mida los voltajes fase a tierra, antes de conectar las cargas monofásicas
entre un conductor de la fase y un conductor neutro en cualquier sistema
de cuatro alambres!
¡Si no hay conductor neutro, no trate de conectar
entre uno de los conductores de la fase y tierra!
4 -18
una carga monofásica
Las cargas monofásicas energizadas por un sistema trifásico. deben estar balanceadas entre
las lineas. tanto como sea posible. En otras palabras. las cargas deben ser organizadas de tal
manera que. las corrientes en los conductores trifásicos. sean lo más iguales. en lo posible.
La corriente en el neutro será cero. si se encuentran per1ectamente balanceadas las
cargas monofásicas conectadas entre las lineas de la fase y un neutro conectado a tierra.
EJERCICIO PRACTICO IV
Cargas monofásicas de bombillas están conectadas entre las líneas de las fases
conectado a tierra. en un sistema de cuatro alambres en Y.
,
/
/
,
y
un neutro
, "
" ,
1. Si se corta el conductor neutro:
A Todas las bombillas se apagarán.
B. El voltaje en las bombillas será desigual, a no ser que estén per1ectamente
balanceados.
C. El sistema funcionará normalmente pues el conductor a tierra transportará la corriente
no balanceada.
D. Todas las bombillas recibirán energfa trifásica en lugar de energfa monofásica.
2. Si se desconecta el neutro a tierra del transformador:
A. El sistema funcionará normalmente.
B. Se apagarán todas las bombillas.
C. No se anularán las corrientes desequilibradas.
D. El voltaje a tierra, en las tres fases, se elevará hasta el voltaje linea a linea.
4 -19
CONEXION DE LAS CARGAS
1. La mayoría de las bombillas necesitan energía monofásica. Usualmente se tienen dos
terminales o conductores de suministro. Uno de ellos, generalmente de color negro, se
reserva como conductor caliente, y el otro, blanco o gris, como neutro conectado a tierra.
Los calentadores eléctricos, hornos y secadores, Industriales pueden necesitar energía
monofásica o trifásica. La conexión generalmente es sencilla, aunque los dispositivos de
voltaje dual pueden necesitar que. se les ponga o quite alambres de cierre o puentes. No
hay allí complicaciones por secuencia de las fases o por polaridad.
2. Muchos motores pequeños monofásicos y de una sola velocidad, pueden funcionar con
115 ó con 230 voltios conectando diferentes terminales o. añadiendo o removiendo un
alambre de cierre o puente.
SI se puede escoger el voltaje que se va a usar, conecte el motor para los 230 voltios;
consumirá solamente la mitad de la corriente. en el voltaje más alto y. las pérdidas en la
línea serán menores. Ambos conductores que van al motor se calentarán. La polaridad no
tendrá ninguna importancia; el motor girará igualmente bien y en la misma dirección, con
los conductores invertidos.
SI se conecta para 115 voltios, uno de los conductores irá conectado a tierra. Uno de
los terminales o conductores deberá ser destinado como conductor a tierra, debido a la
manera como ha sido aislado el motor.
Los motores monofásicos de varias velocidades, pueden tener seis o más terminales o
conductores. Para un cableado correcto, es esencial un esquema de los devanados del
motor y un diagrama de las conexiones de los conductores o terminales.
3. Los motores trifásicos deben tener tres voltajes, de polaridad correcta, estructurados según
una secuencia apropiada.
Los motores de induccíón trifásicos más comunes. son unidades de voltaje dual. Cada una
de las tres bobinas está dividida. de tal manera que haya un par de devanados para cada
fase. Los devanados pueden estar conectados internamente, bien sea en Y ó en delta. En
ambos casos. se tienen nueve terminales o conductores.
4·20
L2
L2
Para voltaje bajo, los terminales
van entrelazados por alambres
de cierre, para conectar en paralelo,
los pares de devanados, como lo
ilustra este motor en Y.
Para alto voltaje, los terminales van
unidos por alambres de cierre para
conectar los devanados en serie,
como lo ilustra este motor en delta.
Usualmente, los terminales están bien identificados aunque. ocasionalmente,
determinar qué conductor o terminal es cada uno.
es necesario
Arriba se tiene el esquema de un motor de voltaje dual, conectado en Y, Y su tablero de
terminales.
Conecte el motor para alto voltaje. Muestre las conexiones. tanto en el esquema del motor.
conectando entre sí los devanados, como en el tablero de terminales, dibujando los puentes
de cierre apropiados y las líneas trifásicas.
4 - 21
Respuestas a los EJercicios Prácticos
EJERCICIO PRACTICO I
A. La proporción de las vueltas secundarias a las primarias, es igual al voltaje secundario
dividido por el voltaje primario, 240/4800 = 1/20 = 0.05. Hay 20 veces más vueltas en el
primario que en el secundario.
B. La corriente máxima secundaria es igual a la corriente máxima primaria, limitada por el fusible
a 5 amperios, dividida por la proporción de las vueltas, 6 5/0.05 = 100 amperios.
vueltas del secundario
vue Itas di'e pnmano.
l. = l. +
J.
=
5a.
=
100 a.
+
20
C. La corriente máxima secundaria de 100 amperios, multiplicada por el voltaje secundario de
240 voltios, es igual a 24,000 voltiamperios, Ó 24 KV A.
EJERCICIO PRACTICO 11
A. La proporción de las vueltas es simplemente igual al devanado secundario, o voltaje de la
línea a neutro, dividido por el voltaje primario linea a linea, 1/20 = 0.05
B. La corriente de la línea secundaria, es igual a la corriente del devanado secundario. La
corriente del devanado primario es igual a la proporción de las vueltas multiplicado por la
corriente del devanado secundario, 0.05 x 40 = 2 amperios. Si se disminuye el voltaje por
el factor de 20, en el secundario. la corriente deberá incrementarse por un factor de 20.
C. El voltaje secundario linea a línea es igual al voltaje del devanado secundarlo multiplicado
ccr i.za
120 voltios x 1.73
= 208
voltios.
D. La corriente de la línea primaria es Igual a la corriente del devanado primario multiplicado
por 1.73.
2 amperios x 1.73 = 3.46 amperios.
4- 22
EJERCICIO PRACTICO 111
L1
L2
L3
EJERCICIO PRACTICO IV
1. B es la respuesta correcta. La finalidad de todo neutro es la de regresar a la fuente. la
corriente desequilibrada. Si no lo puede hacer, la corriente desequilibrada se regresará a
través de una o varias de las cargas. causando Un des balance de voltaje entre las cargas.
2. A es la respuesta correcta. Todo el sistema funcionará normalmente, no importa si está, o
dónde, conectado a tierra. El único problema por no tener conexión a tierra es que, se
pueden generar en el sistema, voltajes altos y peligrosos, posiblemente debido a electri·
cidad estática, hasta que se acaben los arcos de aislamiento.
EJERCICIO PRACTICO V
•
Los terminales 6 y 9, 5 Y 8, 4 Y 7 deben
ser empalmados con un alambre de
conexión para conectar los pares de
devanados en serie. La líneas de las tres
fases se conectan a los terminales 1, 2 Y 3.
r-- L3
L2
L.
Ll
1
Ll
2
3
:I :I :I
4- 23
REPASO FINAL
INSTRUCCIONES:
Escoja la respuesta que mejor complete la proposición.
1. Una fuente con tres conductores calientes y ningún conductor neutro, puede suministrar:
A.
B.
C.
D.
solamente cargas conectadas en V.
cargas trifásicas y monofásicas (Hnea a linea).
cargas tanto Hnea a Hnea como Ifnea a tierra.
una carga a un sistema en delta, con una esquina conectada a tierra.
2. La proporción entre los voltajes primarios y secundarios, de los transformadores depende de:
A.
B.
C.
D.
los KV A de entrada divididos por los KVA de salida.
el número de derivaciones en los devanados.
el número de vueltas en los devanados.
la inductancia de los devanados.
3. El aumento de la corriente que va a la carga del transformador, incrementará:
A.
B.
C.
D.
la corriente en el primario.
la eficiencia del transformador.
la Impedancia del primario.
el voltaje en el secundario.
4. Los transformadores
A.
B.
C.
D.
monofásicos deben siempre estar conectados, de tal manera que:
un extremo del primario esté conectado a tierra.
la derivación del centro del secundario esté conectada a tierra.
un extremo del primario esté conectado a un extremo del secundario.
no se excedan el voltaje y los KVA especificados.
5. Si el secundario de un transformador monofásico, tiene dos partes iguales, éstas pueden
ser conectadas:
A. en
B. en
C. en
D. en
serie, tanto para voltaje completo como para medio voltaje.
paralelo, tanto para voltaje completo como para medio voltaje.
serie, para tener el doble de la corriente especificada.
paralelo, con polaridad invertida, para tener voltaje doble.
6. En un sistema de transformador en delta-Y, el voltaje secundario (línea a unea), será igual
al voltaje primario (linea a linea):
A. multipicado por la proporción de las vueltas del secundario a las vueltas del primario.
B. multiplicado por la proporción de las vueltas del secundario a las vueltas del primario y
multiplicado por 1.73.
C. dividido por 1.73 y multiplicado por la proporción de las vueltas del secundario a las
vueltas del primario.
D. dividido por 1.73 y d.ividido por la proporción de las vueltas del secundario o las vueltas
del primario.
4 -24
7. En un sistema delta no conectado a tierra, si se desarrolla una fuga a tierra:
A.
B.
C.
D.
las cargas funcionarán normalmente.
se quemará un fusible o saltará un interruptor automático.
las cargas se desequilibrarán,
solamente se tendrá disponible energía monofásica,
8. Un transformador en Y-delta, reductor de 2 a 1, tiene 415 voltios (Hnea a tierra) en el
primario. ¿Cuál es el voltaje secundario línea a línea?
A.240V
B.138V
C.277V
D.208V
9. Si se invierte la secuencia de las fases:
A, todas las cargas trifásicas conectadas funcionarán en una sola fase.
B. los motores girarán en sentido contrario.
C. las corrientes en las lineas, se desequilibrarán, gravemente,
D. las fases estarán separadas solamente 60 grados en lugar de los 120 grados.
10. En un sistema en delta de cuatro alambres, el voltaje línea a tierra será:
A. el voltaje, línea a línea, multiplicado por 1.73, en todas las fases.
B. cero en una fase.
C. más alto en una fase que en las otras dos.
D. el mismo que el voltaje línea a linea.
11. Los motores de voltaje dual pueden ser conectados:
A. en Y para bajo voltaje, y en delta para alto voltaje.
B. para funcionar en bajo voltaje con un conjunto de devanados, mientras que el
otro conjunto funciona en alto voltaje.
C. tanto a la energía monofásica como a la trifásica.
D. con los devanados en serie para alto voltaje o, en paralelo, para bajo voltaje.
12. Si la lectura de la resistencia entre dos terminales de un transformador,
deben conectarse:
es baja, jamás
A. juntos.
B. en serie.
C. a diferentes conductores en fase.
D. a la carga.
4·25
LECCION 5
Lectura de Diagramas Eléctricos
INTRODUCCION
Los diagramas esquemáticos son una ayuda importante para entender cómo los sistemas de
control eléctrico encauzan y dirigen la energía eléctrica, para arrancar, detener, frenar, invertir
y organizar las secuencias del funcionamiento de las máquinas. Son también fundamentales
en la identificación de fallas.
Esta lección está enfocada, en primer lugar, hacia los símbolos que se pueden encontrar en
los diagramas esquemáticos y los componentes que ellos representan. Segundo. usando sus
diagramas esquemáticos, se representará el funcionamiento de diferentes circuitos típicos de
control.
OBJETIVOS
El programa de video y este manual, están diseñados para que usted sea capaz de:
• Identificar los componentes en los diagramas esquemáticos y, explicar lo que ellos
hacen.
• Explicar el funcionamiento
de los circuitos típicos de control de motores.
• Encontrar las diferentes partes o elementos de los componentes en los diagramas
esquemáticos lógicos en escalera, de relevadores.
• Determinar la secuencia de funcionamiento de las máquinas, a partir de un diagrama
lógico en escalera, del re levador.
5-1
DIAGRAMAS ELECTRICOS
Hay varias clases de diagramas que, los electricistas pueden encontrar útiles en
diferentes aspectos de su trabajo.
Algunos son como un simple mapa de carreteras, en el cual se indica dónde se encuentran
los componentes y, entre ellos, a dónde van los alambres. El tipo de diagrama del cableado o
de la instalación que aparece arriba, es útil cuando se trata de reemplazar componentes, ya
que ubica e Identifica los terminales y los alambres que los acompañan y, muestra los colores
de los alambres.
Los planos arquitectónicos, suministran, a una escala mayor, el mismo tipo de Información.
Ellos muestran dónde se encuentran las uniones, las tomas, las luces, los fusibles, las cajas
de interruptores, las lineas de energia, los tubos conductores, los canales para conductores
eléctricos y, otros componentes de distribución eléctrica de un edificio.
SI se sabe lo que representan los símbolos, la lectura de esta clase de diagramas no es más
difícil que, la interpretación de unos planos de plornarta o, de un sistema estructural.
5-2
Sin embargo, los
no indicar dónde
carán el recorrido
cuál es la función
diagramas esquemáticos, son más abstractos y menos gráficos; pueden o
realmente se ubican los componentes y los alambres. Pero siempre indide la corriente entre los componentes, y mostrarán, mediante símbolos,
de cada componente.
PB2
1
2
TRl
Este diagrama esquemático del arranque de un motor de voltaje reducido, de ninguna manera
se parece al equipo real. Pero, identificar y seguir en él los circuitos, es mucho más fácil que
hacerlo en un dibujo con muchos detalles, ya que, los componentes con funciones relacionadas, generalmente se agrupan entre si.
En el diagrama, se muestran agrupados a la derecha, la carga y los componentes que envían
la energía al motor. El diagrama muestra que los resistores, en serie con las lineas de energla, reducen el voltaje durante la arrancada del motor. Los componentes de control aparecen
a la tzqulerda, en el esquema del circuito de control. El diagrama indica que, un relevador
(relé) de demora, determina cuánto tiempo se necesitará, después de que se oprima el botón
del encendido, para que sean puestos en derivación los resistores del motor de arranque.
5-3
Todos los diagramas usan símbolos simplificados para representar los componentes. Para
poder entender los circuitos, es necesario ser capaz de reconocer los símbolos.
SIMBO LOS ESQUEMATICOS
Componentes del Circuito
Los transformadores aumentan o disminuyen
el voltaje de la energía principal, activan ciertas
clases de medidores de vatios y de amperimetros
y, suministran bajo voltaje a los circuítos de control
de la energía.
Los diodos o rectificadores, se usan para convertir la CA en CO, como cuando se utiliza
energía CO de b.ajo voltaje, para activar los circuitos de controlo para cargar baterías.
-IJJJ~I
Los fusibles y los interruptores de circuito se encontrarán en serie en las lineas de energía de
entrada. Los interruptores de circuito ("circuit breakers", en inglés) pueden tener, tanto una
sección térmica para abrir el circuito cuando la corriente sea demasiado alta durante un
tiempo prolongado, como una sección magnética para abrir el circuito en forma inmediata, con
el fin de protegerlo de daños debidos a cortocircuitos.
--111
1
r-
r
- II
...
Fusibles
Las sobrecargas térrnlcas también se encuentran
con frecuencia en las líneas de energía que van a
los motores.
5-4
Interruptores de circuito con
disparadores térmicos o magnéticos
Interruptores
Muchos de los componentes de un circuito de control, esencialmente son interruptores
("switches") que permiten o impiden el paso de la corriente.
Los interruptores se describen según su número de contactos; por el número de posiciones
que pueda tener el contacto o los contactos móviles; por el número de circuitos independientes que puedan controlar los contactos; por la posición normal (si hubiese alguna) de los
contactos; y por la clase de fuerza que mueve los contactos.
1. Todos los interruptores tienen contactos que se
encuentran juntos o separados.
Con el fin de cerrar un circuito, se deben unir
dos contactos; para abrirlo se deben separar.
En los símbolos del interruptor, no se muestran
los contactos. Un contacto está en la barra
móvil y otro, en el terminal fijo, en un interruptor
unipolar.
Los Interruptores bipolares usan cuatro contactos
Individuales para abrir o cerrar un solo circuito.
Se colocan en corto mutuo dos contactos estacionarios, mediante la conexión de dos contactos
móviles, en un interruptor bipolar.
I
-o o-
2. Los Interruptores pueden ser de dos posiciones, de tres posiciones, de cuatro posiciones y
asi sucesivamente.
En el interruptor de dos posiciones, unipolar, de
un solo desplazamiento, solamente hay un par
de contacto. Puede encontrarse abierto o cerrado.
En un Interruptor de dos posiciones, unipolar de
doble se dan dos lugares posibles en donde,
un contacto móvil, puede tocar un contacto fijo.
Se cuenta con tres terminales. El terminal
conectado al contacto móvil, se llama terminal
"común".
Los interruptores giratorios y los de cilindro
pueden presentar muchas posiciones y conectar,
uno a la vez, un terminal con muchos otros. Una
o varias de las posiciones, pueden estar abiertas,
sin conexión.
oo-
oo-
5·5
3. Un Interruptor puede ser de polo único, doble o múltiple. Esto se refiere al número
de pares de contacto en el interruptor y por consiguiente. al número de circuitos
Independientes que puede controlar el interruptor.
La línea no continua significa que los pares
de contacto, o polos, de interruptores de polo
doble o múltiple, se han "agrupado mutuamente"
en forma mecánica; todos los pares de contacto
se mueven juntos cuando se aplica una fuerza
externa.
Los interruptores usados para controlar
directamente la energía trifásica, son de tres
polos. Todas las tres líneas de la energía se
abren o cierran al mismo tiempo.
4. Algunos interruptores, como los interruptores ordinarios de presión, tienen "memoria";
recuerdan cualquier posición que han dejado, y la conservan, permaneciendo abiertos o
cerrados.
Muchos interruptores de una y de dos posiciones,
utilizados en los circuitos de control industrial, no
tienen memoria; son "interruptores de contacto
momentáneo' programados, mediante un resorte
o un peso, para hacerlos regresar a su posición
normal, cuando no se esté ejerciendo una fuerza
externa. El botón de presión que se usa para
darle arranque a un motor, es un ejemplo muy común.
Cuando alguna fuerza presiona u oprime el resorte,
o levanta el peso, los contactos Normalmente
Abiertos se cierran y, los contactos Normalmente
Cerrados se abren. Cuando desaparece la fuerza,
los contactos regresan a su condición normal.
I
-o oNA
NC
En los di¡;tgramas, los interruptores montados con resortes, se representan siempre en su
posición "normal", sin la fuerza exterior. También se pueden identificar como NCnormalmente cerrado; o NA- normalmente abierto. (En inglés, este último se identifica
como NO - "normaJly open").
La condición normal nada tiene que ver con el hecho de que el interruptor se encuentre
con más frecuencIa abierto o cerrado. Algunos Interruptores raramente se encuentran en
su condición "normal". Por ejemplo, el Interruptor de la bombilla de la puerta de un refrigerador, es un interruptor NC. Sin embargo, la mayor parte del tiempo está abierto, pues la
puerta del refrigerador está cerrada y mantiene su resorte oprimido.
5-6
5. Se necesita cierta fuerza externa para accionar un interruptor. Un Interruptor que se mantenga normalmente abierto o cerrado, requiere una fuerza adecuada para que controle su
resorte o peso. Aun, los interruptores de memoria, cuentan con cierto tipo de trinquete o
resorte central incorporado, para mantener los contactos abiertos o cerrados, en forma
rápida y firme: se necesita una fuerza para superar su efecto.
Esta fuerza puede provenir de:
• una persona
• la parte móvil de una máquina
• un cambio en la presión, en el nivel de un líquido. en el flujo. o en la temperatura
• una corriente eléctrica
Interruptores manuales
I
-o oInterruptor de presión
Botón de presión
Interruptor de pie o de pedal
Interruptores de límite
Estos son interruptores generalmente dotados de resortes, normalmente abiertos o cerrados.
equipados con un émbolo, palanca o rodillo. Una leva, una rampa o una parte de la máquina
presiona el émbolo, activando de esta manera el interruptor. Los interruptores normalmente
abiertos (NA) se dibujan como si pareciera que se fueran a abrir y, los interruptores normalmente cerrados (NC) como si se fueran a cerrar.
Existen cuatro tipos:
NC
NA
NC mantenido
NA mantenido
ableno
cerrado
5-7
Interruptores de flujo. presiÓn y nivel
Una paleta o una aspa
dentro del flujo de una
corriente. acciona un
interruptor, en respuesta
a los cambios de flujo.
Los interruptores de vacío y
de presión, usan un diafragma
o pistón: el cambio de presión
detrás de ellos oprime un
resorte y activan el interruptor.
Los interruptores de nivel
de fluidos usan un flotador
para registrar los cambios
de nivel y. activar el
Interruptor.
Interruptores de temperatura
Los termostatos. los interruptores automáticos de sobrecarga térmica y los interruptores de
limites máximo y mínimo de temperatura, se activan cuando la temperatura sube o baja.
Muchos intrerruptores de temperatura. tienen una bobina o franja bimetálica que se dobla y
activa los contactos, en respuesta a los cambios de temperatura.
EJERCICIO PRACTICO I
Cuando el operador oprime el botón
del interruptor A. la energía de L1, la
que normalmente va a T1. es enviada
L2
A
L1
---(J
aT2.
L2
Instale el interruptor B para que ejecute
el mismo trabajo.
••
--'--
-o o5-8
EJERCICIO PRACTICO 11
1) ¿Qué tipo de instalación del interruptor permitirá que T1 ó T2, ó ambos, ó ninguno, sea
conectado con L1 ?
A. Un interruptor de doble polo y doble
desplazamiento.
l2
B. Dos interruptores de un sólo polo y
un sólo desplazamiento.
C. Un interruptor giratorio de posición
multlple y, de un sólo polo.
D. Un Interruptor de posición triple, de
un sólo polo y, de doble desplazamiento.
2) Dibuje el circuito.
Relevadores
Los Interruptores operados eléctricamente, se llaman relevadores (relés o, "relays", en inglés).
La corriente, en una bobina de un relevador, produce una fuerza magnética que hala una
armadura móvil y desplaza los contactos de sus posición normal.
---0-(0,
---aYo-
inactivo
activo
Cuando se energiza la bobina, los contactos se desplazan a la posición Activa.
5·9
Frecuentemente. la bobina de un relevador.
dibujada simplemente como un círculo con
un rótulo, aparece en un lugar en el diagrama
esquemático y. los contactos aparecen en
otro lugar diferente.
Los contactos del relevador pueden presentarse normalmente abiertos o normalmente
cerrados.
Normalmenh. Abierto
Normalmente Cerrado
Los relevadores generalmente tienen varios polos. o conjuntos de contactos independientes,
incluyendo, tanto a los contactos Normalmente Abiertos como a los contactos Normalmente
Cerrados.
Algunos pequeños relevadores son tan sensibles que la bobina funcionará con la corriente
producida por una fotocelda. Los grandes interruptores de circuito y los mecanismos de
interrupción en las líneas de servicio, tienen bobinas que requieren muchos amperios para
ser activados, y las contactos son diseñados para soportar corrientes y voltajes altos. Existen
diferentes tipos y tamaños:
Los contactores, conectan la corriente a los equipos que usan energía Los contactos principales están Normalmente Abiertos. pero algunas veces hay contactos auxiliares. activados
por la misma bobina. que pueden estar NA 6 NC. El relevador. en el arranque magnético de
un motor. es un contactor. Los contactos. con frecuencia. se pueden reemplazar.
Los Re/evadores de Control proporcionan la toma de decisiones 16gica. en la mayoría de los
circuitos de control. Sus bobinas funcionan con voltajes CD ó CA y, sus diferentes conjuntos
de contactos conmutan corrientes relativamente pequeñas.
Los Relevadores de Estado Sólído hacen las mismas cosas que los otros relevadores. pero
funcionan de una manera totalmente diferente. En ellos no hay bobinas. contactos. o partes
móviles. Los dispositivos de estado sólido - frecuentemente transistores o rectificadores de
silicio controlados - encienden o apagan un circuito como respuesta a la entrada de una
señal de corriente o de voltaje.
Relevadores
Especiales
Los Relevadores de Cerrojo o de Pestillo tienen
un cerrojo o aldabilla que conservan los contactos
en su condici6n Activa. aún después de haber
interrumpido la corriente de la bobina. Algunos
cerrojos se pueden disparar manualmente. pero.
muy frecuentemente, otros electromagnelos retiran
el cerrojo. permitiendo el regreso de los contactos.
a su estado NO activo. Ambas bobinas aparecen.
separadamente. en el esquema.
Cerrojo
5 ·10
Los Relevadores Temporizados o de Demora
Incluyen un temporizador neumático o amortiguador, como el cilindro de aire de un guarda
puerta. Este proporciona al relevador una demora
programada. frecuentemente ajustable, en el
tiempo. La bobina se representa en el diagrama
identificada con una T ó TR.
Los relevadores temporizados o de demora (llamados "limed reíays", en inglés), pueden
proporcionar cuatro tipos posibles de demora:
1) cierre de contacto retardado, cuando se energiza
la bobina. Este enciende algo, un tiempo después
de que un interruptor envía una señal de control.
2) apertura de contacto demorado, cuando se energiza la bobina. Este apaga algo, un tiempo después de que un interruptor envía una señal de
control.
3) cierre de contacto demorado, cuando se desenergiza la bobina Este enciende algo, un tiempo después de que un interruptor deja de enviar una
señal de control.
4) apertura de contacto demorado cuando la bobina
es desenerglzada. Este apaga algo, un tiempo
después de que un interruptor deja de enviar una
sel'ial de control.
Los relevadores temporizados de demora, con contactos tanto NA como Ne, pueden tener una
combinación de los tipos anteriores. Los conjuntos de contactos se muestran por separado.
5 -11
Temporizadores
Como un re levador temporizado, un temporizador o marcador de tiempo ("timer", en inglés)
enciende o apaga un circuito, después de un lapso de tiempo.
Ellos pueden proporcionar más precisión, especialmente
cuando se requieren grandes intervalos de tiempo.
Generalmente se tiene un motor, como un motor de reloj,
que activa el conjunto de contactos aunque, los temporizadores de estado sólido son cada vez más comunes.
I
I
REPOSICION ,
(RESET)
I
Frecuentemente el tiempo se puede volver a fiJar, usando
una senal sobre una línea de programación del tiempo o,
apagando el motor del temporizador. El símbolo puede
mostrar los contactos directamente controlados.
Contadores
Los contadores encienden o apagan un circuito después
de que hayan tenido lugar una serie de eventos. Cada
vez que se dispara un Interruptor de entrada, se envía
un voltaje a la entrada, y el contador avanza hasta que
se alcance su número preestablecido. El símbolo es
parecido al del relevador o temporizador.
Los símbolos aquí estudiados son bastante estandarizados, aunque puede haber variaciones
en algunos tipos de diagramas esquemáticos. La mayoría de los símbolos utilizados en los
diagramas esquemáticos, tienen razón de ser, si se tiene alguna idea de lo que es o hace un
determinado componente o dispositivo.
En el Apéndice se presenta una tabla de consulta rápida de estos y otros símbotos.
EJERCICIO PRACTICO 111
Una vez activado por el relé TRI, el solenoide se desactivará inmediatamente
cuando:
A) el flujo comience.
e) cambie la temperatura
B) el relé es desactivado
D) Todas las respuestas anteriores.
PB1
5-12
TR1
FS1
LECTURA DE DIAGRAMAS
LOGICOS EN ESCALERA
Los diagramas lógicos en escalera, son esquemas de la lógica de funcionamiento y de los
circuitos de control de un sistema. Los componentes de energía - motores, fusibles, interruptores de circuito, disyuntores principales, e interruptores de contacto mediante la energía- no
aparece n all I representados.
L1
PB1
OL'S
L2
2
molor
Iransportador
1
MI
2
2
~
molor
trllurador
M2
TSl
5
3
ciclo d.
aUlolrranqu.
Se le denomina diagrama lógico en escalera, debido a su forma básica. Las dos lineas de
energra del circuito de control, L1 Y L2, que aparecen verticalmente a la derecha y a la
izquierda, son las dos barandas de la escalera. Las lineas horizontales que corren paralelas
entre las barandas, son los peldaños, también conocidos como travesaños o escalones.
Cada escalón está Identificado con un número, sobre la margen izquierda. La función de cada
peldaño, frecuentemente se escribe en la margen derecha.
Algunas veces, se numeran los alambres individuales, en los diagramas lógicos de escalera,
de tal manera que éstos, los diagramas, se puedan usar para identificar los alambres en el
equipo real. Los componentes se rotulan y numeran para su identificación. Por ejemplo: Los
interruptores de botón de presión se rotulan PB1. PB2. (etc.); los interruptores de presión
pueden identificarse como PSI, PS2, (etc.); los interruptores de temperatura TS1, TS2, y así
sucesivamente. Las bobinas de relevador generalmente aparecen con un rótulo de número y
letra, como CRl para "re levador del control 1": MI para "contactor 1 del arranque del motor";
o M2 para "contactar 2 del arranque del motor".
Los números de la margen derecha se refieren a otros escalones que contienen conjuntos de
contactos. activados por una bobina en ese peldaño. Por ejemplo, en el extremo derecho del
escalón 1, el número 2 se refiere al conjunto de contactos (MI) del peldaño 2, que es activado
por la bobina (MI) en el peldaño 1. En el extremo derecho del escalón 2 hay un 3 que se
refiere al conjunto de contactos (M2) activado por la bobina (M2) del peldaño 2. Los números
subrayados de la margen derecha se refieren a los conjuntos de contactos de los otros
peldaños que, se encuentran Normalmente Cerrados.
5-13
Los contactos M1 y M2 son contactos auxiliares de los contacto res del motor. Los principales
contactos de energía. activados por M1 y M2 no aparecen en ninguna parte en el esquema.
ya que, se encuentran en el diagrama del circuito de energía.
Cada escalón es una cadena en serie de componentes, a través de los cuales debe pasar
VOltaje para activar el dispositivo al final del peldaño. Algunas veces hay conexiones entre los
peldaños que colocan los componentes en paralelo o en alguna combinación de serie y en
paralelo.
Flujo de Energla
La lectura de los diagramas lógicos en escalera, conlleva el seguimiento del voltaje o de la
energía. para ver qué componentes deben estar encendidos o apagados, Activos o No Activos, en cada etapa del funcionamiento del sistema.
En cada escalón, el voltaje de L1 pasa o no, a través de uno o varios interruptores. Algunos.
como los interruptores de límite, perciben las condiciones dentro del sistema; otros, como tos
interruptores de parada o arranque, permiten conectar entradas prove-nientes de fuera del
sistema.
Muchos peldaños también Incluyen relevado res, temporizadores, u otros contactos. Estos
permitirán o bloquearán el flujo de voltaje. dependiendo de, si su bobina esté Activa o No
Activa, en otro peldaño de la escalera.
En el extremo derecho de cada peldaño está el dispositivo, generalmente una bobina del
relevador, un solenoide o un indicador de cualquier naturaleza. que actúa o no actúa.
dependiendo de que le llegue voltaje. En cada peldallo, nunca habrá más de uno de estos
dispositivos.
Los contactos de los interruptores automáticos de sobrecarga se presentan, algunas veces,
entre las bobinas del contactor y L2. aunque estos sean activados por sensores térmicos en
las líneas al motor, más que por cualquier otra cosa en el diagrama lógico en escalera. Es
probable que las cargas trifásicas. tengan tres interruptores de sobrecarga. para proteger
cada línea. El símbolo que aparece en la línea 1, los agrupa a todos.
Los diagramas lógicos en escalera, normalmente se leen de izquierda a derecha y de arriba
hacia abajo, como una página impresa. Por lo general, esto corresponderá a la secuencia de
eventos, en el funcionamiento del sistema.
5·14
Usualmente, la mejor manera de seguir el funcionamiento de un circuito, en un diagrama
lógico en escalera, es empezar en el Interruptor de arranque. Oprímalo, siga la energía a
través de este, y observe lo que sucede después. Por lo general, un evento es la causa de
que suceda algo, lo que a su vez será el origen de otro evento y, así sucesivamente.
Algunas veces, los eventos tienen lugar al mismo tiempo y no es necesario un 6rden entre
ellos. Diferentes conjuntos de contactos en un mismo relevador, por ejemplo, son activados al
mismo tiempo por la misma bobina.
Sin embargo, frecuentemente los eventos que virtualmente tienen lugar al mismo tiempo,
ciertamente tienen un orden de causa a efecto que, aparecerá claro, cuando se rastrean a lo
largo del circuito.
Circuito del Arranque
L1
Magnético de un Motor
PB1
1
M1
2
2
M2
3
TS1
5
Los dos primeros escalones del circuito que aparecen en este diagrama 16gico en escalera
representan un arranque magnético común de un motor.
Al presionar el botón PB2 se envía energía a la bobina MI. Esta se activa cerrando todos los
contactos MI, Incluyendo los contactos de la ltnaa de energla (los que s610 aparecen en el
diagrama de los circuitos de energfa), y arrancando el motor y el conjunto auxiliar de contactos MI de la línea 2.
El interruptor PB2 y los contactos MI están en paralelo. Los interruptores normalmente Abiertos, o los contactos en paralelo, constituyen lo que se llama un circuito O (denominado ·OR·,
en inglés); la bobina es activada y el motor funcionará cuando, PB2 Ó. los contactos MI, están
cerrados.
.
Tan pronto como MI se ha activado, la energía Irá a la bobina a través de los contactos MI.
Y, mientras esté yendo la energía a la bobina MI, los contactos MI permanecerán cerrados.
5 -15
Tan pronto como Ml se ha activado, la energla irá a la bobina a través de los contactos Ml.
y, mientras esté yendo la energía a la bobina MI, los contactos Ml permanecerán cerrados.
Así, el contactor MI S9 estará enviando energfa a sí mismo, y permanecerá activo después de
soltar el PB2. Los contactos del PB2, normalmente abiertos, regresan a su estado No Activo,
pero el motor seguirá funcionando ya que los contactos MI permanecen cerrados. Esto,
frecuentemente, se denomina un circuito sellado o circuito de retenolón.
El interruptor de parada PBI está conectado generalmente, en posición cerrado como todos
los dispositivos de emergencia de parada. Cuando es activado. corta el voltaje de control
hacia cualquier cosa, en la linea y, permite el·retiro· de la bobina MI. Todos los contactos MI
se abren, incluyendo los contactos sellados, parando así el motor. Si PBI se suelta, el motor
no volverá a arrancar hasta que se vuelva a presionar PB2.
Un motor se puede arrancar o detener con un simple interruptor, pero un circuito de arranque
magnético de motor tiene varias ventajas:
a) protección de bajo yoltaje. Si el voltaje de un sistema disminuye tanto como para dañar el
motor, también permitirá sacar al inducido de la bobina M. El motor se desconectará Si se
restablece el voltaje del sistema, el motor no arrancará hasta que PB2 sea presionado de
nuevo.
b) Estacjón mÚltiple de arranQue/parada. Se puede ai\adir cualquier cantidad de botones de
arranque y parada, para controlar el motor desde diferentes puntos.
Los interruptores de parada se conectan en serie con PB1; los interruptores de arranque se
conectan en paralelo con PB2. Los conductores, para esos puntos alejados, pueden ser
bastantes delgados ya que, su corriente solamente alimenta las bobinas como MI y M2.
c) protección de la sobrecarga. Si algÚn motor consume mucha corriente, durante mucho
tiempo, se recalentará y se quemará. los interruptores automáticos de sobrecarga (denominados "overload breakers" 6 Ol.s, en inglés), son interruptores de temperatura que
captan el calor producido por la corriente en cada linea al motor. Cuando alguna linea se
calienta mucho, él se abre. En los grandes motores, los interruptores automáticos de sobrecarga interrumpen la poca corriente que va al contactor de arranque, en vez de la alta
corriente de la línea de energía. Esto asegura que todas las líneas de energía se abran a
la vez y. el motor no pueda funcionar con una de las fases fuera de servicio.
5 ·16
1. Conecte, el interruptor de botón a presión
PB1, el interruptor de límite LS1, y los
contactos Ml, de tal manera que se
detenga el motor y se enciendan las luces
cuando la máquina se ponga en marcha para
activar LSl ; pero, que permita que el motor
vuelva a funcionar y, la luz se apague, si el
operario mantiene presionado PB1.
2. ¿Cuál lista, tiene en orden correcto, los
siguientes eventos?
A) Se presiona PB2, la bobina Ml se
activa, se cierran los contactos Ml.
PBl
LSl
Ml
_L
-o=o- -o o- ----tt:L1
L2
1
~
2
,
.1
.1
,
3
B) Se ·retira" la bobina Ml , se abren los
contactos Ml , se activa la bobina M2.
Lt
C) Se activa la bobina M2, se cierran
los contactos M2, se cierran los
contactos TS1.
..2
l2
.r,
2
M'
2
M2
D) Se abren los contactos M2, se cierran
los contactos TS1, se activa la bobina
CA1.
3.
PO,
15'
3
2
~
5
Esta variación de un arranque magnético
de motor, funcionará normalmente, excepto
que:
A) el motor volverá a arrancar
automáticamente, después de una
falla de la energía.
u
P82
_j_
1
PSI
B) PBl debe mantenerse abierto con
eltin de "empujar" o "estimular" el
motor.
M1
2
C) los contactos Ml se cerrarán,
solamente si, PBl y PB2 se presionan
al mismo tiempo.
D) PB 1, ó PB2, arrancará el motor si
está parado o, lo detendrán, si está
funcionando.
5·17
Funciones Adicionales del Control
La mayoría de los controles de las máquinas realizan más funciones, además de arrancar los
motores. Por ejemplo:
a) Una luz piloto (PL 1, peldaño 2) en paralelo con la bobina M1, se encenderá cuando el
motor esté funcionando.
b) La bobina de un relevador (TR1, peldaño 3) en paralelo con la bobina Ml, encenderá o
apagará algo, un lapso de tiempo después de que el motor arranque o se detenga.
el
Al conectar otro circuito completo del arranque del motor (peldaños 4 y 5) en paralelo con
la bobina M1, se asegura que, el segundo motor, pueda funcionar únicamente, cuando ya
esté funcionando el motor controlado por M1.
d) Un conjunto de contactos auxíliares, normalmente cerrados (M1 línea 7), activados por la
bobina M1 , enciende una luz piloto o una señal de alarma, cuando, por alguna razón, se
apague el motor.
Este se llama con frecuencia un circuito NO (denominado "NOr, en inglés), ya
que el dispositivo Indicador se activará siempre, aunque la energía NO vaya a
M1. Esto es muy útil cuando el motor, controlado por M1, deba estar operando,
para el correcto funcionamiento de la máquina. Puede tratarse, por ejemplo, del
motor de una bomba de lubricación.
5 ·18
e) Otro interruptor de botón PB3, normalmente abierto, en serie con el Interruptor de arranque
PB2, proporciona un enlace de seguridad para evitar el funcionamiento al menos que,
ambos interruptores se cierren al mismo tiempo.
Dos o más Interruptores Normalmente Abiertos, o contactos, en serie, constituyen
un circuito V (denominado "ANO", en Inglés), ya que los dos, PB2 V PB3 deben
estar cerrados.
f)
Otro interruptor de parada, normalmente cerrado (PB4). en serie con el primer interruptor
de parada (PB1), permite apagar el sistema desde dos lugares diferentes. Varios interruptores de parada, de eme~encia. conectados en serie, se usan comúnmente, en muchos
sistemas.
Una combinación de dos o más interruptores, Normalmente Cerrados, conectados
en serie comúnmente se denomina un circuito N-O (conocido como "NOR", en
Inglés), ya que lo que ellos controlan NO funcionará si, uno O el otro, llegase a
ser activado.
g) Los dos interruptores de nivel de fluido, Normalmente Cerrados (FS1 y FS2), en paralelo
en los peldaños 5 y 6, forman un circuito NY (denominado "NANO", en inglés). Para que el
motor M3 NO funcione, los dos, FS1 V FS2 deben estar activos (abiertos).
5 -19
LISTAS DE SECUENCIAS y CUADROS DE CONDICIONES
La razón para la lectura de diagramas lógicos en escalera, frecuentemente es para averiguar
cómo funciona una máquina o un sistema. Al trazar circuitos complicados, es útil, con frecuencia, establecer una lista que, recopile las acciones que tienen lugar, el órden en que éstas se
suceden y, los efectos que, cada una de ellas, producen.
La siguiente máquina está hecha para conducir, objetos uno por uno dentro de un horno,
mediante un transportador, cocinarlos allí durante un cierto tiempo previamente establecido,
antes de volverlos a desplazar.
RELEVAOORES
y 1CI1M1-.ES
~,.
......
~tA~.
Ll
L1
08'
'81
_j_
LS2
S
M'
TA 1
2
3
LS2
•
~
ts ..
HTR
TI
3
5
LSI
•
5 -20
Cuando se traza el funcionamiento del sistema, se empieza con el interruptor de arranque,
PB2. Al presionarlo se envía energía mediante los contactos normalmente cerrados de LS2,
para activar el solenoide S, abriendo así las puertas. Cuando se levantan las puertas, se
cierra LS3 (peldaño 3) y en consecuencia arranca el motor Ml del transportador. y los contactos Ml (peldaño 2) se sellan.
Al funcionar el motor, hace que un objeto pase LSl (peldaño 6) abriéndolo momentáneamente. Este, vuelve a colocar el temporizador TAl (peldaño 5) en cero.
El evento siguiente es la llegada del objeto al horno y la apertura de LS2 (peldaño 1). Se para
el motor del transportador. Se abre la válvula de solenoide permitiendo la carda de las puertas. Al caer las puertas, se cierra LS4 (peldaño 4). Ha sido ya activado LS2, encendiéndose el
calentador (peldaño 4). Cuando el horno alcance la temperatura de cocimiento necesaria, se
cierra Tl (peldaño 5) y arranca el temporizador TAl (peldaño 5).
Después de un intervalo preestablecido se detiene TAl, cerrando los contactos TAl (peldaño
3). De la misma manera que el interruptor de arranque, esto hace abrir las puertas, lo que
cierra LS3, enciende el motor del transportador. saca fuera del horno lo que ya ha sido cocido,
y el ciclo vuelve a empezar.
Un Listado de la Secuencia
de todo el ciclo, parecería así:
ACCION
RESULTADO
1. Se presiona el botón de arranque
Se cierra PB2
2. El solenoide levanta las puenas
Se cierra LS3
3. Se enciende el motor del transportador
Se abre y se cierra lS 1, reposicionando
TAl; se cierra lS2 (peldaño 4), se abre
lS2 (peldañol)
4. Se detiene el motor del transportador.
caen las puertas
Se cierra LS4
5. Se enciende el calentador
Se cierra Tl
6. Arranca el temporizador: se detiene
Se cierra TRl
7. El solenoide levanta las puertas
Se cierra LS3
8. Arranca el motor del transportador
Se repite el ciclo
5·21
Algunas veces es útil también, tener un cuadro de las condiciones que se deben cumplir para
que, un determinado componente, esté encendido o apagado.
Para poner a funcionar el motor M1 del transportador: LS3 debe estar encendido, o activo.
PB1 NO debe estar activo. Debe estar activo PB2 6 los contactos Ml ó TA1. SI PB2 6 Ml
están activos, LS2 NO debe estar activo.
Para que el solenoide levante las puertas: PBl NO debe estar activo. Deben estar activos ó
PB2 ó los contactos Ml 6 TAl. Si PB2 Ó Ml están activos, LS2 NO debe estar activo.
Para encender el calentador: LS4 y LS2 deben estar activos.
Para que el temporizador funcione: Tl debe estar activo.
Un Cuadro de Condiciones
el siguiente:
para el funcionamiento de estos componentes, podría ser como
Componentes Encendidos
Motor Ml
Actjyos
Inactívos
LS3
PB1
y
PB20
O
TAl
M1
LS2
PB2 O M1
PBl
LS2
Solenoide S
O
TRl
Calentador H
LS4 y LS2
Temporizador TAl
Tl
El diagrama lógico en escalera para un sistema complicado, puede ser bastante largo. Los
interruptores y relevado res Involucrados en el funcionamiento de un dispositivo, pueden encontrarse en varios y diferentes peldaños. Un Cuadro de Condiciones proporciona la manera
de conocer exactamente y a primera vista, cuáles componentes controlan un evento.
5·22
EJERCICIO PRACTICO V
En el circuito del horno secador, descrito anteriormente, cuál sería el resultado:
1. Si jamás se abren los contactos TR1 :
a) El calentador no se apagaría.
b) El temporizador no funcionaría.
e) Ni el motor ni el solenoide se podrían encender.
d) Jamás se encenderla el horno.
2. Si LS2 estuviera descompuesto,
por lo cual, no se pudiese activar:
a) El objeto pasaría de largo por el horno sin detenerse
b) El temporizador no se podría volver a programar.
e) Unicamente después de volver a programar el temporizador,
y, funcionaria el motor.
las puertas se levantarla n
d) Funcionaría el motor pero las puertas no se levantarían.
3. Si no se cierra el interruptor de temperatura:
a) El objeto no se hornearla.
b) El calentador permanecería encendido, aún después de levantarse las puertas.
e) Jamás podrían funcionar el motor
y
el solenoide.
d) El objeto se hornearía durante demasiado tiempo.
5- 23
Respuestas a los Ejercicios Prácticos
EJERCICIO PRACTICO I
J..2
B
Lt
,,
--'-
Al conectar entre sí. con un alambre de cierre los dos terminales del lado de la entrada.
convierte al interruptor bipolar, en un interruptor unipoJar, de doble desplazamiento.
EJERCICIO PRACTICO 11
1> B es la respuesta correcta.
Un interruptor de doble desplazamiento y de doble polo (A) tiene cuando mucho sofo tres
posiciones. No puede proporcionar la totalidad de la$ cuatro condiciones diferentes solicitadas (T1 encendido, T2 encendido, Tf y T2 encendidos. T1 y T2 apagados).
Con un Interruptor unipolar giratorio de posición múltiple. (C) no habría manera de prender,
al mismo tiempo, T1 y T2 sin tener que oonectarlos mutuamente con un alambre de cierre,
lo cual. haría imposible. el encenderlos en forma individual. Un interruptor de tres posiciones, de un solo polo. de doble desplazamiento, tiene la misma limitación.
2)
L2
L1
--....,---(7 C>-----1
T1
}--!
EJERCICIO PRACTICO 111
La respuesta correcta es A, el flujo comienza.
Tan pronto como el flujo comienza, el interruptor normalmente cerrado se abrirá, desactivando
el solenoide. La respuesta B no es correcta porque los contactos normalmente abiertos en el
relevador temporizado de demora de apagado no se reabrirán inmediatamente cuando el
relevador sea desactivado. Desactivando el relevador comienza una demora de tiempo; los
contactos se abren de nuevo solamente cuando se termine el tiempo de demora. la respuesta C no es correcta porque no hay interruptor de temperatura en el circuito. la respuesta
D no es correcta porque las respuestas B y C no son correctas.
5-24
EJERCICIO PRACTICO IV
P81
LSl
1.
-o o-
-{)::JO-
Ll
Ml
.L
;j.f'
P81
L2
.i,
1
.ªLSl
2
,
Ml
3
,-
",
2. A es la respuesta correcta. Al presionar PB2 se envía energla a la bobina M1, la cual se
activa y cierra los contactos M1.
B no es correcto pues, cuando la bobina M1 cae
se desactiva.
y
se abren los contactos M1, la bobina M2
C no es correcto pues, cuando la bobina M2 se activa, los contactos M2 se abren, en lugar
de cerrarse.
o no es correcto
pues, cuando los contactos M2 se abren, la bobina CR1 no se puede
activar.
3. B es la respuesta correcta. PB1 detendrá el motor, normalmente, siempre que la energía
atraviese los contactos M1. Sin embargo, PB2 puede sobrepasar PB1, enviando energía
directamente a la bobina de M1. Presionando PB1 al mismo tiempo, evita el "sellamiento"
y, permite estimular o hacer avanzar, poco a poco, el motor.
EJERCICIO PRACTICO V
1. D es la respuesta correcta. Jamás se encenderá el calentador pues, el solenoide S
nunca liberarla las puertas y, por lo tanto, LS4 jamás se cerraría.
2. A es la respuesta correcta. LS2 no se abrirá, y por lo tanto, las puertas permanecerán
arriba y, el motor del transportador continuará funcionando.
3. D es la respuesta
correcta.
De hecho, el objeto se hornearfa en forma indefinida.
5·25
REPASO FINAL
Parte I
INSTRUCCIONES:
Escoja la respuesta que mejor complete la proposición.
1. Un diagrama esquemático muestra componentes:
A. donde realmente ellos están en el sistema.
B. simbólicamente.
e. solamente en la sección de la energía.
D. mediante dibujos detallados.
2. La posición normal de un interruptor es, su:
A. condición activa.
B. posición cuando no se le aplica fuerza alguna.
e. posición abierta.
D. memoria.
3. Un interruptor de limite, Ne, mantenido abierto:
A. se cerrará, cuando caiga la temperatura.
B. se cerrará, cuando alguna parte de una máquina hale de él.
e. se abrirá, cuando se suelte su émbolo.
D. se abrirá, cuando una pieza lo oprima.
4. Los números en la márgen derecha'de un diagrama lógico en escalera, se refieren a:
A. el número de interruptores en un circuito específico.
B. al número de cargas que están conectadas en serie.
e. la ubicación de los conjuntos de contactos activados por una bobina.
D. los números del alambre.
5. En un diagráma lógico en escalera, las bobinas del relevador generalmente aparecen:
A. conectadas directamente a L1.
B. en el extremo derecho de un peldaño.
e. enseguida de los contactos activados por ellas.
D. con dos O más bobinas, en cada peldaño.
5·26
6. Un circuito 0, consiste en dos o más:
A. interruptores NA en paralelo.
B. interruptores NC en paralelo.
C. interruptores NC en serie.
D. interruptores NA en serie.
7. En un circuito sellado del arranque de un motor:
A.
B.
C.
D.
los contactos auxiliares están conectados en serie con el botón de arranque.
los contactos NC mantienen funcionando el motor.
el interruptor de arranque debe tener memoria.
el contactor se envía energía a sl mismo a través de sus propios contactos.
8. Cuando se energiza la bobina de un relevador:
A. sus contactos NC pasan voltaje.
B. sus contactos NA interrumpen el voltaje.
C. sus contactos NC interrumpen el voltaje.
D. ninguna de las respuestas anteriores es correcta.
(Prosiga a la Parte 11del Repaso Final, página 5-28)
5·27
Parte 11
El siguiente diagrama lógico en escalera, es el circuito para el funcionamiento de una lavadora
sencilla.
L1
L2
P82
P81
TAl
_L
CAl
2.3.'
CR.
2
V'lvul. de drenaje
CR.
FL'
S2
3
Vi'vvl. de Ilenldo
CR'
ocs
TR'
MI
4
Motor del.gllador
~
TR.
1~R.levador temporizado
de la lavadora
• CR1 es el relevador del control principal. • S1 es el solenoide que opera una válvula de
drenaje. Cuando S1 está activo, el drenaje está cerrado .• S2 es el solenoide que abre la
válvula de llenado para permitir la entrada del agua a la lavadora .• M1 es el agitador del
motor .• TR1 es un relevador temporizado que determina cuánto tiempo debe funcionar el
motor del agitador .• FL 1 es una válvula de flotador que se activa cuando la lavadora está
llena.
1. Coloque los siguientes eventos en el orden correcto.
1JL2_3_4_5
A.
C.
E.
G.
La bobina TR1 es energizada
Se desenergiza S2
M1 se detiene
Se energiza S2
1. Se energiza S1
6_7_8_9
10_
B. Se cierran los contactos CRl
D. Se activa FL 1
F. Se abren los contactos CR1
H. Se abren los contactos TR1
J. Arranca M1
2. Encierre con un círculo los componentes activos o energizados cuando:
A. la lavadora está llena de agua y el agitador funcionando: CR1, S1, S2, M1, FU, bobina
TR1, contactos TR1.
B. se está llenando la lavadora: CR1, S1, S2, Ml , FL 1, bobina TR1, contactos TR1.
C. se está drenando la lavadora: CR1, S1, S2, M1, FU, bobina TR1, contactos TR1.
5 - 28
LECCION 6
Técnicas para la Localización de Fallas
Eléctricas
INTAODUCCION
Esta lección explica cómo identificar aquello que esté fallando en un sistema eléctrico que no
funciona de manera apropiada. Enfatiza la comprensión del funcionamiento del sistema y la
investigación detallada de las fallas antes de solucionar lo que está mal. Luego, la lección nos
demuestra el método de pruebas para la eliminación sistemática de las posibilidades. La
lección concluye con el uso correcto del volti-ohmímetro (VOM) y la discusión de las causas
fundamentales de los problemas eléctricos comunes.
OBJETIVOS
Al completar esta lección, usted deberá ser capaz de:
• explicar las secciones funcionales de un sistema eléctrico.
• utilizar las manifestaciones
de la falla, para determinar sus probables causas.
• probar para eliminar sistemáticamente
las posibilidades.
• determinar el por Qué de la falla de un sistema o un componente.
• usar correctamente
los medidores.
• trabajar en forma segura en las cercanías de equipos energizados.
6-1
La identificación eficiente y efectiva de fallas no es un juego de acertijos. Es un tratamiento
sistemático para resolver un problema. Para identificar las fallas de cualquier parte de un
equipo eléctrico, usted necesita:
1. Conocer el sistema.
Esto significa, entender el funcionamiento de los circuitos y de sus componentes en
general. También quiere decir, saber cómo debe funcionar cada parte del equipo. Usted
debe estar familiarizado con las máquinas que estén bajo su responsabilidad.
2. Investigar
las manifestaciones
de la falla.
Es esencial averiguar lo que más se pueda acerca de la falla. Algunas veces, saber cómo
falló la máquina, proporciona claves importantes para su reparación.
3. Enumerar las causas posibles
del problema.
Basado en lo que usted sabe y, en la claves que haya descubierto, enumere las causas
probables de la falla. Generalmente ésto se puede hacer mentalmente. Pero si se trata
de una máquina compleja, es bastante útil usar el papel y el lápiz para hacer la lista de
causas.
4. Eliminar sistemáticamente
las posibilidades.
Esto quiere decir, llevar a cabo pruebas en la máquina, en orden lógico. Generalmente,
trate usted de eliminar un grupo numeroso de posibilidades con una sola prueba,
reduciendo así las posibilidades con la mayor rapidez hasta que, sólo quede la causa
verdadera del problema.
5. Descubrir
la ralz de la causa del problema.
El poner a funcionar de nuevo el equipo no es, con frecuencia, la fínallzación del procedimiento de identificación de fallas. Usted debe ser capaz de descubrir por qué tuvo lugar
el problema y. tomar las medidas para que no vuelva a suceder.
6-2
CONOCIMIENTO
DEL SISTEMA
Antes de iniciar el proceso de identificación de fallas, usted debe saber cómo funciona el
sistema:
o
¿qué'eventos tienen lugar y, en qué orden?
o
¿qué componentes
son la causa de cada evento?
Se puede concebir cada sistema como compuesto por tres secciones principales, o grupos de
componentes.
FUENTE
DE
ENERGIA
CONTROL
1. Control de Carga
2. LÓgica
3. Entradas
CARGA
1. Eléctrica
2. Mecánica
Dependiendo de la máquina específica, estas secciones variarán en complejidad e importancia. Pero siempre será de ayuda, entrar a considerar la falla de una máquina en términos de lo
que hace cada sección.
1. Fuente de Energfa •..
o
o
o
o
o
distribuye al sistema, el voltaje (energla) principal y el de control.
proporciona una desconexión principal.
corta la energía en los casos de corto circuito o de sobrecarga en alguna de las fases.
puede cortar la energla en casos de bajo voltaje en una o varias fases.
puede monitorear la corriente, el voltaje, la energía, el factor de potencia.
2. ControL.
o
o
o
enciende o detiene los motores; conecta o desconecta otras cargas.
proporciona a los motores las funciones de arranque, contramarcha y parada.
puede monitorear y controlar la velocidad del motor.
6-3
3. Lógica ...
• recibe información de interruptores ("switches") y sensores.
• toma decisiones.
• envla señales al control de la carga.
4. Entradas...
• contiene todos los interruptores y sensores del sistema.
• responde a los cambios del sistema (posición de las partes, temperatura, presión, etc.)
• suministra voltajes de entrada para los relevadores, en la lógica.
5. Carga..•
• Los calentadores y otros componentes mecánicos y eléctricos que realizan el trabajo. La
sección de carga también incluye la maquinaria que es accionada.
Para conocer un sistema, puede ser necesario estudiar un diagrama de cables de distribución
para establecer la forma como se está extrayendo la energía de las conexiones eléctricas del
edificio.
Si el funcionamiento de una máquina conlleva muchos pasos o eventos, pueden ser necesa·
rios los diagramas lógicos en escalera, para determinar los interruptores y relevado res que
controlan cada evento.
Si el sistema emplea muchos dispositivos de entrada, como los interruptores de límite o fotoceldas, su rápida identificación y, localización en la máquina, permite ahorrar tiempo.
En el análisis de cierto tipo de fallas, también puede ayudar el conocimiento sobre el tuncionamiento de los sistemas de levas, de los vástagos conectores, de las poleas impulsoras
en V y, de otros dispositivos mecánicos.
6-4
INVESTIGACION DE LAS MANIFESTACIONES
DE LA FALLA
La Investigación de fallas es un proceso de eliminación sistemática de las posibles explicaciones de una falla, hasta la identificación de la causa verdadera.
Los síntomas de una falla, indican, con frecuencia. si el problema radica en la sección de una
máquina, correspondiente a la fuente de energía, al controlo a la carga. Si los síntomas le
permiten eliminar al menos. alguna de las secciones principales, quiere decir que se ha tenido
un buen comienzo.
• Si el problema tiene lugar en un determinado punto del ciclo de una
máquina o, algún tiempo después de haber vuelto a encender la
máquina. lo más seguro es que, la Fuente de Energía, no sea la
causa.
• Si la máquina no está haciendo saltar los interruptores automáticos
(también conocidos como disyuntores, o "breakers") y, no está
observando la secuencia en la forma debida, se puede, casi con
certeza, descartar la Fuente de Energía y la Carga Hay que
revisar la sección de Control.
• Si el voltaje correcto llega a un componente defectuoso, se pueden
descartar las secciones de la Fuente de Energía y del Control.
Revise el componente y su carga.
• Silos disyuntores automáticos saltan inmediatamente después de
que se vuelve a arrancar la máquina, con todos sus interruptores
("switches") apagados, generalmente se puede descartar todo, a
excepción de la Fuente de Energía y, los alambres entre la Fuente
de Energía y la sección de Control.
• Si los disyuntores automáticos saltan cuando se activa una carga
determinada, usualmente se puede descartar todo. menos la carga
y su cableado.
6·5
ENUMERACION
DE LAS CAUSAS PROBABLES
Las manifestaciones
sugieren las probables causas de la falla:
Manifestación
Causa Probable
1. Nada funciona.
Problema de la Fuente de Energía:
Interruptor principal automático disparado,
interruptor o desconexión principal abierto;
ausencia de voltaje en la línea.
2. Antes de que el sistema arranque, los
interruptores automáticos saltan tan
pronto se conectan, los fusibles se
queman tan pronto se reemplazan.
Corto circuito en las líneas entre la Fuente
de Energía y el Control de la Carga.
3. Cuando se activa una carga. los
interruptores automáticos saltan
inmediatamente; los fusibles se queman.
Corto en la carga o, en las líneas entre
el Control de la Carga y la Carga.
4. Algún tiempo después de haber activado
la carga, los interruptores automáticos
principales saltan; los interruptores de
sobrecarga saltan; o los fusibles se queman.
Sobrecarga o carga defectuosa.
5. El motor, u otra carga, arranca o se
detiene en el tiempo no indicado.
Problema de Entrada o de Lógica.
6. El motor funciona, pero no se detiene
o Invierte la marcha.
Problema en el Control de la Carga.
7. El motor trifásico emite un sonido pero
no funciona.
Bajo voltaje en una fase.
EJERCICIO PRACTICO I
Un sistema arranca y opera normalmente, sólo que el motor, no se detiene cuando ha completado su trabajo de llevar una parte a su posición. El problema más probable radica en el:
A. suministro de energía.
C. contactar del motor.
B. motor.
O. interruptor de límite.
6-6
ELlMINACION DE LAS POSIBILIDADES
El método empleado para determinar la causa de un problema es el de eliminar, sistemáticamente las mayores posibilidades (causas probables). Comience haciendo pruebas que
permiten eliminar, cuando se pueda, grupos completos de posibilidades. Entonces, se va
identificando el problema, con la continuación del proceso de eliminación. La manera exacta
como se debe proceder, frecuentemente depende de la ubicación de los componentes, y de
la facilidad del acceso a ellos. Pero, siempre se mantienen los principios del método.
Ejemplo 1:
El motor no funciona. (Problema)
Fuente
de Energía
Control
Carga
(causas Probables)
Si un motor parece totalmente muerto cuando se ha presionado el botón de arranque, el
problema puede estar en cualquier parte, en el sistema.
1. Revise y vea si el voltaje de la línea de energia está presente a la salida de la caja de
interruptores automáticos. Suponga que se encuentran interruptores disparados. En ese
momento el interruptor se ha convertido en el problema.
¿Cuáles son las causas probables para que se disparen los interruptores automáticos?
Interruptores disparados. (Problema)
Interruptor
(OOBreakerOO)
Cono Circuito
Sobrecarga
(Causas Probables)
Lo más probable es que haya un corto circuito en alguna parte del sistema.
6-7
2. Antes de volver a conectar el interruptor automático, es una buena Idea verificar con un
ohmímetro, la presencia de un corto muerto a tierra. Si no se encuentra alguno, entonces
se vuelve a conectar el interruptor automático y se ensaya la máquina.
Si el interruptor automático se vuelve a disparar en forma inmediata, se tiene un interruptor
defectuoso, o un corto circuito en el motor (o en los alambres que van al motor) entonces,
será necesario eliminar uno o el otro. Si es fácil reemplazar el interruptor y se cuenta con
uno de repuesto, lo más sencillo que se puede hacer es utilizar uno nuevo.
Por otra parte, si el interruptor se dispara después de 3 Ó 4 segundos, se presenta una
situación de sobrecarga: un corto entre los devanados del motor o, una sobrecarga
mecánica en la máquina. (En este caso, las sobrecargas en el motor son también por
desajustes o por defectos.)
Ejemplo 2:
Suponga que hay voltaje en la Hnea que parte de la caja de interruptores automáticos. Se ha
eliminado, asi, un problema de voltaje en la línea y, cualquier causa que pueda hacer disparar
un interruptor o quemar un fusible.
En este caso, la manera más fácil de determinar por qué no funciona el motor, es revisar el
contactor del motor.
Si el contactor está activado, se verifica el voltaje en sus salidas, para comprobar que los
contactos estén buenos. Si hay voltaje, el problema es en otro contacto del motor o en los
alambres que van al motor. Bajo voltaje, indicará malos contactos.
Sin embargo, si el contactor no está activado, se tendrán que eliminar todas las razones de
falla posibles. Puede tratarse del mismo contactor, de tal manera que, se comienza por
revisar el voltaje en la bobina del contactor. Si llega voltaje a la bobina, quiere decir que se
tiene una bobina en malas condiciones.
Contactar que no está activado. (Problema)
I
Control
de Carga
(sobrecarga)
Voltaje
del Control
Lógica
Entradas
(causas Probables)
Pero si no se encuentra voltaje en la bobina, habrá que investigar las otras probables causas.
6-8
Puede ser que se hayan disparado los interruptores de sobrecarga, (·Ol's") en el Control
de la Carga Puede que no esté llegando voltaje de control a la Sección de Control. O, puede
ser que la lógica no esté enviando voltaje al contactor, debido a un relevador o interruptor
deficiente.
1. Se comienza verificando las sobrecargas del motor. Si se han disparado los interruptores
de sobrecarga, el problema se encuentra en la sección de Carga de la maquina.
Sobrecarga disparada. (Problema)
Motor
(Eléctrico)
Motor
(Mecánico)
Maquinaria
(causas Probables)
la máquina misma está trabada o atorada, o el motor tiene un problema eléctrico o
mecánico.
En el caso de un motor trifásico, se puede descartar un problema eléctrico volviendo a
conectar los interruptores de sobrecarga y leyendo la comente en las tres lineas. Si la
comente es alta en una linea. se tiene un problema con un devanado del motor. Si la
comente está alta en las tres líneas, el problema es mecánico. Pruebe, haciendo funcionar
el motor desconectado de la carga. Si todavía se disparan los interruptores de sobrecarga,
el problema es probablemente de los rodamientos del motor.
2. Si las sobrecargas no se han disparado, se revisa el voltaje del sistema de control a través
de L1 y L2. El problema puede estar en un transformador en mal estado, un fusible
quemado en un circuito de control, o en un contacto en la línea.
3. Si el voltaje de control esta bien, se ha descartado todo, con excepción de la lógica y de los
interruptores (entradas) de la lógica. Se ha reducido el problema a la sección de control.
Use el diagrama lógico en escalera de la máquina para identificar qué relevadores de control
están haciendo activar el contactor del motor. localice también los Interruptores de esos
relevado res.
6-9
L1
PB1
CR1
1
TR1
OlS
L2
2
~
M1
2
LS1
LS2
3
1
~
LS3
4
LS4
1
~
Para identificar las fallas de este circuito, primero se debe conectar un conductor del voltímetro a un terminal L2, y hacer contacto, con el otro, entre los componentes que aparecen
en el peldaño t. Hay que presionar PB2. Uno de los componentes del peldaño debe estar
abierto, para que no pase voltaje. Habrá que revisar primero entre PB2 y CA1. Si se encuentra voltaje, se descarta PBl y PB2. Se sabe que el voltaje en L1 está llegando más allá de
PSI. Después se revisa entre CA1 y TAt. Si se encuentra voltaje, CA1 es descartado y el
problema es TA1; debe estar abierto.
Se analiza después la línea 4 del diagrama para identificar los interruptores que controlan
TR1. Después, se controla el voltaje de la bobina de TRI. Si allí no hay voltaje, se revisarán
los voltajes entre LS4 y LS3 para determinar cuál de éstos se encuentra abierto.
Si no se ha encontrado voltaje entre PS2 y CAl, se concluye que CAl está abierto. La bobina
del relevador CAl de la línea 3, no debe estar activada, lo que quiere decir que LSl Ó LS2
están abiertos: o bien, atorados, en mal estado o con malas conexiones. Aevis~ el voltaje
entre ellos para determinar qué interruptor de limite no está cerrado y está enviando voltaje.
El método es siempre el mismo: se enumeran las causas posibles y, el sistema,
se divide de tal manera que, las pruebas permitan eliminar las posibilidades de
fallas. En la medida en que se vayan descartando secciones de la máquina y se vaya
reduciendo el área del problema, se deben seguir enumerando las causas probables en cada etapa o nivel, e ir dividiendo, las secciones restantes del sistema,
en partes que permitan realizar pruebas para ir descartando dichos segmentos,
sucesivamente.
6 -10
USO DE MEDIDORES
Algunas veces las revisiones meramente visuales, permiten eliminar causas probables y,
conducir a la causa de la falla del sistema.
Sin embargo, en la mayoría de las ocasiones, será necesario usar un medidor múltiple, para
llevar a cabo las diferentes pruebas. Se deberá estar capacitado, para usarlo en forma segura
y precisa.
Los "medidores múltiples" comunes, o volti-ohmimetros (VOM), pueden ser análogos, con una
aguja y un tablero con escala o, digitales con un tablero numérico. Ambos tienen selectores
para múltiples posiciones, Interruptores de diferentes rangos, con posiciones para diferentes
resistencias, voltajes y, usualmente para corriente. Asegúrese de eligir siempre la función
apropiada (Ohmios, Voltios CA, Voltios CD, o Corriente) y de usar siempre la escala apropiada. Las escalas deben ser:
• lo suficientemente amplias de tal manera que no se sobrecargue el medidor por el voltaje
o la corriente que se quiere medir. Si no se está seguro de lo que se puede medir, se
debe empezar con la escala más alta.
• lo suficientemente pequeñas para que la lectura quede siempre comprendida dentro
del rango, con el fin de lograr una mayor precisión. La lectura final se debe hacer en la
menor de las escalas posible y segura.
Se debe también tener cuidado:
• de evitar el manejo rudo, o permitir demasiada corriente a través del medidor.
• de observar la polaridad cuando se midan voltajes y corrientes CD. (Los medidores
digitales frecuentemente son autoregulables y, señalan positivo o negativo cuando leen
CD.)
• de mirar bien de frente al tablero de una escala analógica, y de no hacerlo en ángulo
desde de alguno de los lados. Si el tablero incluye una franja-espejo, se debe mirar al
tablero de tal manera que, no se vea la reflexión de la aguja.
• de leer los números en la escala correcta que, corresponde a la posición del selector.
Generalmente los medidores están protegidos por un fusible que llevan incorporado. El medidor que aparezca totalmente sin funcionar, puede que tenga un fusible quemado. De vez
en cuando, es necesario ajustar el resorte de restitución, con un destornillador, con el fin de
hacer regresar la aguja a cero, cuando el medidor no está leyendo nada.
6 ·11
SEGURIDAD EN LA PRUEBAS
Con frecuencía hay que remover las cubiertas o las placas de inspección, o desconectar los
alambres, con el fin de hacer las lecturas. Si hubiese algún riesgo al tocar los conductores, los
terminales u otras partes que conduzcan voltaje, corte primero el paso de la energfa.
Asegúrese que usted entiende y sigue los procedimientos de cierre y bloqueo correctos.
No se conf(e en un fusible quemado, para
cortar la energía. En muchos circuitos con
fusibles, un fusible quemado puede detener
los motores u otras cargas. Pero, sin embargo, los conductores y los componentes conservarán voltaje a través del fusible, en otra
línea de energla. En este ejemplo de arranque de motor, L2 todavía estará obteniendo
VOltaje a través del transformador.
Mantenga la energla cortada hasta el momento de tomar la lectura de la corriente o del
voltaje.
Al trabajar con sondas en una caja, se debe conocer, con seguridad, qué conductores y
terminales pueden estar energizados .
• Los terminales energizados, generalmente están protegidos contra posibilidades de
contacto accidental y, obviamente, están aislados de las otras partes .
• Los conductores energizados tendrán color negro, rojo, azul, naranja o cualquier otro
color de aislamiento, excepto gris, blanco o verde.
Al tocar una parte energizada con una punta de prueba, trate de organizar los terminales y el
medidor de tal manera que, pueda usar una sola mano. Conecte el terminal común a una
buena conexión a tierra y, aplique la punta de prueba energizada con una mano. Con la otra
mano no toque nada que pueda estar conectado a tierra.
Si se tiene que usar una sonda en cada mano, cuelgue el medidor de manera segura, cerca
del punto de prueba, de tal forma que lo pueda ver al mismo tiempo con las.puntas de prueba.
Mientras se empuja la punta de prueba para que haga contacto, no permita que los dedos se
deslicen hasta el extremo metálico de la misma. Mantenga las puntas de prueba puntiagudas,
para que hagan buen contacto y no se resbalen. No use terminales de prueba quebrados o
rotos.
Cualquier cosa que lo pueda distraer o lo haga tropezar, es peligrosa: pararse en forma no
balanceada sobre una escalera resbalosa, fumar, tratar de hablar con alguien, o ahuyentar un
insecto; todo esto, aumenta las posibilidades de tocar alguna parte energizada.
6-12
¡Evite las situaciones
que lo puedan conmocionar
o electrocutar!
• piel sudorosa o húmeda,
• zapatos. guantes o vestidos húmedos.
• pararse en tierra o concreto húmedos,
• pararse sobre andamios. plataformas o escaleras. metálicas.
LECTURAS DE RESISTENCIA
Los ohmlmetros emplean una baterla interna de 1.5 voltios para enviar corriente a través de la
resistencia que se está midiendo. Cualquier pequeño voltaje en el circuito. distorsiona seriamente la lectura. Por consiguiente. antes de tomar la lectura de una resistencia. corte la
energla y asegúrese de que no hay voltaje, CA o CO, en donde se desea hacer una lectura
de resistencia.
En algunas situaciones. el voltaje y la corriente de la batería de un ohmímetro pueden causar
problemas:
• desconectar un ohmimetro de una bobina de alta inductancia. puede producir un VOltaje
autolnducldo. lo suficientemente alto como para que uno pueda ser conmocionado.
• capacito res polarizados de bajo voltaje Y. componentes compactos de baja energía.
pueden ser dañados o quemados cuando se hagan lecturas de resistencias.
Coloque. el ohmímetro en cero exáctamente
antes de tomar una lectura Y. en la misma
escala que se utilizará para la lectura. Para
colocar en cero el medidor, toque las puntas
de prueba entre sí y. haga los ajustes con la
perilla hasta que la lectura sea cero.
perilla manuat
para ajustar los
ohmios
Si la aguga no se mueve hasta el cero. será
necesario reemplazar las baterías o. los
terminales de las baterlas Internas no están
haciendo buen contacto. Unos pocos
golpes en las cercan las de las baterías
pueden llevar la lectura a cero.
6 -13
• Las lecturas de resistencias son seguras, ya que se hacen habiendo cortado la energía.
Generalmente, son la mejor manera de verificar si hay circuitos abiertos o cortos a tierra.
Pero, los circuitos en paralelo pueden causar lecturas incorrectas. Frecuentemente, es
necesario desconectar un componente para obtener una lectura correcta.
Por ejemplo, la resistencia de un capacitar
debería ser infinita. Pero si hay algún componente, como el devanado de un motor, en
paralelo, la lectura de la resistencia a través
del capacitar, será baja.
L1
N
Si se leen 2 ohmios, se podria pensar que el
capacitar ha sido puesto en corto. Pero no se
podrá saber con seguridad, hasta no desconectar uno de sus extremos, de otra cualquiera de las conexiones, antes de leer su
resistencia.
Igualmente, para investigar un corto entre la
línea de energía y tierra, en este circuito, se
desconecta el extremo energizado del transformador. De lo contrario, el medidor leerá una
baja resistencia a través del transformador e
indicará un corto a tierra, cuando no existe
alguno.
Por otra parte, si se estuviese revisando el transformador, otros componentes, conectados
entre la línea de energra y tierra, podrían ocasionar una baja lectura la que, podría estar
ocultando un devanado abierto del transformador.
Cuando se investiguen circuitos abiertos o cortos a tierra, es necesario saber cómo
están conectados los circuitos y los componentes.
Por ejemplo, un motor conectado en delta, deberá presentar una lectura a tierra infinita en
todas las tres líneas de energía y, muy baja, entre las lineas de energía.
Un motor conectado en y puede presentar una lectura a tierra muy baja en todas las tres
fases, si la unión neutra está conectada internamente a tierra. Las lecturas de resistencia
entre las líneas deberá ser el doble de la lectura a tierra.
En ambos casos, las lecturas en y, entre todas las tres Irneas, deberán ser las mismas.
6 -14
Si se desconectase del circuito:
• un Interruptor abierto, deberá leer una resistencia infinita. Un interruptor cerrado, deberá
presentar una lectura de resistencia cero. Cualquier otra lectura. indica de un problema.
• un capacitor deberá leer una resistencia infinita, aunque puede necesitar un segundo o
dos para cargarse completamente y para que la lectura se eleve a infinito. Será necesario asegurarse que no hay un resistor de reducción Incorporado el cual, baja la lectura.
• cualquier bobina - solenoide, transformador, o devanado de motor - está, definitivamente, en mal estado, si lee resistencia infinita. La resistencia de una buena bobina
puede dar una lectura entre varios miles de ohmios y casi cero. Las bobinas y los devanados en los grandes componentes, con frecuencia presentan resistencias tan bajas
que, no se pueden detectar, con un ohmímetro común, los cortos entre las vueltas.
• cualquier filamento de una bombilla o de un calentador, deberá leer más de cero, pero
menos que, varios cientos de ohmios. La resistencias de un tubo de neón y de otros
tipos de lámparas y luces de gas, será infinita al menos que haya un filamento calentador interno, conectado entre dos o más terminales.
• los diodos y muchos otros componentes compactos pueden mostrar lecturas de resistencia altas en una dirección y lecturas de baja resistencia, con los conductores invertidos.
EJERCICIO PRACTICO 11
¿Qué resistencia se medirá a través del interruptor
abierto S1?
51
6 ohmios
6 ohmios
6 -15
LECTURAS DE VOLTAJE
Las lecturas de voltaje indican si la energía está llegando a un componente. Estas son de
máxima utilidad para rastrear un circuito y, para localizar interruptores y conjuntos de contactos, defectuosos. Usualmente, es más fácil tomar lecturas de voltaje de un terminal a neutro o
tierra, aunque en algunos casos, puede ser necesario, leer a través de los terminales de un
componente.
Cuando se mida el voltaje en los interruptores y en conjuntos de contactos:
• Si un terminal tiene voltaje y el otro no, los contactos están abiertos.
• Si ambos terminales tienen el mismo voltaje, los contactos probablemente están cerrados, aunque no necesariamente. Otro interruptor cerrado o, conjunto de contactos.
podría estar conectado en paralelo.
• Si hay algún voltaje a través de los contactos cerrados, éstos están quemados o
defectuosos.
Cuando se mide el voltaje en los terminales de cualquier clase de carga con doble terminal:
• Si hay voltaje entre los terminales, hay energía disponible y la corriente está fluyendo en
la carga, al menos que la carga esté abierta.
• Si ambos terminales tienen el mismo voltaje con respecto a tierra, la corriente no está
fluyendo a través de la carga o, está internamente, en corto.
• Si el terminal de entrada tiene menor voltaje que el voltaje del sistema a tierra, hay resistencia en la linea que transporta energía al componente.
EJERCICIO PRACTICO 111
L1
t-I
LS1
____'~-Q
PB4
L2
lo
El voltaje de control es de 120 voltíos. Suponga que se ha disparado una sobrecarga en el
motor. ¿Qué voltaje esperaría encontrar en este circuito, a través de la bobina M (del punto A
al punto 8)? ¿Qué lectura a tierra se presentará en A y 8?
6-16
LECTURAS DE CORRIENTE
Las lecturas de corriente son frecuentemente útiles para detectar las sobrecargas del
los cortos parciales, como las vueltas en corto, en lOSdevanados y en las bobinas:
motor, o
• Muchos multimedidores incluyen una escala de lectura en miliamperios o microamperios
de CD. Pueden existir otros rangos diferentes que posibiliten, al medidor, la lectura de
corrientes más altas, CA y CD, algunas veces hasta de 5 ó 10 amperios.
Como la corriente tiene que pasar a través del medidor, el circuito tiene que estar abierto
y, el medidor conectado en serie.
• Los amperímetros de CA de "abrazadera" trabajan como un transformador. El medidor
tiene un bucle o gancho, que se cierra alrededor del conductor. Este enlaza, magnéticamente, el campo del conductor con un devanado secundario del medidor. No hay necesidad de tocar realmente ningún conductor.
Cuando se usa una amperímetro de abrazadera:
• asegúrese de que, sólo uno de los conductores esté encerrado en el gancho.
• no toque con el gancho los conductores pelados o descubiertos.
• manténgase alejado de campos magnéticos extraviados producidos por otros conductores o cerca de bobinas de motores, transformadores, o solenoides.
• asegúrese de que el gancho magnético cierre apretadamente. Cualquier vacío causado
por mugre o desgaste, reducirá la lectura.
El uso de un amperímetro de abrazadera para verificar la corriente en cada una de la líneas
de un motor, suministrará una información útil sobre si el motor está sobrecargado o defectuoso. Si la corriente es alta en una o dos líneas, probablemente un devanado tiene vueltas en
corto. Si la corriente en todas la tres líneas es alta, el motor. probablemente, está sobrecargado debido a una causa mecánica.
Ocasionalmente, un interruptor automático de sobrecarga se dispara Intermitentemente, pero,
cuando se mide la corriente de las tres fases, esta es normal. Una prueba útil es la de rotar las
conexiones de las fases. Es decir, conectar la Ifnea A a la fase B del motor, la línea B a la fase
C del motor y la línea C a la fase A del motor. Si se dispara el mismo interruptor automático,
probablemente al interruptor le falta ajuste. Si, ahora, se dispara un interruptor diferente, la
causa es un voltaje inestable en una de las fases.
6 ·17
EJERCICIO PRACTICO IV
Solenoide
de Colorante
...
Mezclador
Bomba de
transferencia
Bomba de carga
.-_,
Sensor
del peso
En este sistema de mezcla de pinturas, alternativamente:
a) Al presionar el interruptor de arranque PB2 se enciende el motor M1 de la bomba de
carga.
b) Tan pronto como se llene el tanque mezclador principal hasta el nivel correcto, los contactos del interruptor de nivel de flotador FL 1, en el peldaíio 1, abren el circuíto que va a M1.
c)
Los contactos FL 1. en el peldaño 2, se cierran para enviar energla al motor M2 del
mezclador. al relevador temporizado TR1. y al solenoide S1. S1 activa un émbolo que
suministra una determinada medida del colorante.
d) Después de un cierto tiempo, TR1 cierra sus contactos normalmente abiertos, en el
peldaíio 6, enviando energía al motor M3 de la bomba de transferencia, la que descarga
pintura mezclada en el recipiente de pesaje.
e) Tan pronto como se disminuye el nivel en el tanque mezclador, FU abre el circuito que va
a M2, TR1 Y S1. El motor mezclador se detiene, S1 suelta el émbolo de tal manera que el
colorante pueda fluir y, se abren los contactos TR1, mientras vuelve a su posición la bobina TR1.
f)
Sin embargo, M3 sigue funcionando, debido a la memoria suministrada por los contactos
auxiliares M3, en el peldaño 7. Finalmente M3 se apaga cuando ei recipiente de pesaje se
llene con la cantidad apropiada de pintura, abriéndose el interruptor LS1 del sensor del
peso.
6 ·18
Parte 1
L1
PO'
1'1...
.L
2 Bomb.
d. car;•
•
•I
2
3
M'
O
Mezd.dOf
•
T.... poriudo<
dej m.wlador
'tRI
SI
5
CoI"",n'"
L.S1
TRI
O~S
M3
6
7 Bomba d.
tr.",fer.nol.
M3
Seflale cuál es el componente o los componentes responsables de los siguientes problemas.
PROBLEMAS
A. La bomba de transferencia no funciona.
TR1
B. El tanque mezclador se rebosa. __
LS1
C.
El mezclador funciona, pero no hay suministro de colorante. __
M3
D.
NI el mezclador funciona ni el colorante fluye. __
FL1
E. La bomba transportadora
recipiente de pesaje. __
se apaga antes de que se llene el
M1
PB2
F. La bomba de carga s610 funciona cuando PB2 se mantiene
oprimido. __
M2
G.
El mezclador funciona durante demasiado tiempo. __
S1
H.
Se rebosa el recipiente de pesaje. __
6-19
Parte 2
Si usted mide el voltaje con relación a L2 en los siguientes puntos de prueba, ¿ieerá usted O
ó 120 voltios (voltaje completo del sistema de control)?
VOLTAJE
PUNTO DE PRUEBA
A. El lado L1 de la bobina TR1, cuando el mezclador no
está funcionando.
B. El lado L2 de LS1, cuando está funcionando la bomba
de transferencia.
C. El lado L1 de PB2, cuando está funcionando la bomba
de carga.
Parte 3
¿Qué encontrarla usted si midiese la resistencia a L2 en los siguientes puntos de prueba,
habiendo cortado toda la energía? ¿Será la resistencia (a) O, (b) infinita. ó (c) algún valor
intermedio? En cada caso. ¿a través de qué componentes está usted leyendo la resistencia?
PUNTO DE PRUEBA
RESISTENCIA
(a. b, ó c)
COMPONENTES
A. El lado L1 de PB2.
B. El lado L1 de M2.
C. El lado L1 de M3.
Parte 4
¿Cómo haría usted la prueba para confirmar que está abierta la bobina de solenoide?
A. Midiendo el voltaje del sistema de control a través de 51. mientras está funcionando el
mezclador.
B. Midiendo la resistencia a L2 en el lado L1 de 51.
C. Observando si el émbolo es halado hacia dentro, mientras está funcionando la bomba
de carga.
D. Midiendo la corriente del alambre que va o sale de 51, mientras está funcionando el
mezclador.
6·20
INVESTIGACION
DE LA RAIZ DE LA CAUSA
Una completa identificación de las fallas exige la investigación de las causas primarias del
problema inmediato. Se debe tratar de evitar que, el problema, vuelva a suceder.
1. Fusibles quemados, Interruptores
cos de sobrecarga, dIsparados.
automáticos
de circuitos
e Interruptores
autornátl-
Generalmente el problema es de demasiada corriente en el circuito. La fallas intermitentes
que pueden causar problemas frecuentes. son:
• equipo sobrecargado.
• bajo voltaje en una o más líneas que suministran energia a los motores.
• malos rodamientos del motor, o alta fricción de los equipos energizados por motores.
• equipos atascados o pegados, activados por solenoides de CA.
• fallas en el aislamiento de los conductores o de los componentes.
• cargas que se encienden simultáneamente.
Algunas veces, el problema es debido a altas temperaturas en vez de excesiva corriente.
• calor causado por la resistencia. en malas conexiones. hacia. en o cerca de fusibles
o interruptores automáticos.
• arrancadas, paradas o enchufadas demasiado frecuentes de los motores. Los operadores deben tener presente la importancia que tiene el evitar esas prácticas.
Algunos tipos de protección de la sobrecarga, son estrictamente térmicos. Los termostatos y
otros tipos de sensores térmicos están muchas veces incorporados a los motores y, abren un
circuito de control cuando el motor se calienta demasiado. Los calentadores eléctricos freo
cuentemente están protegidos por interruptores térmicos que se abren cuando la ventilación
está restringida.
• Asegúrese que no se obstaculice la ventilación alrededor de los equipos.
6 - 21
2. Problemas
en alambres y terminales.
La vibración, trpica en la mayoría de los equipos en funcionamiento, tiende a aflojar las
tuercas del alambrado, los conectores de presión, los tornillos y pernos, que aseguran los
alambres a los terminales y mantienen fijas las barras colectoras.
Las conexiones flojas se recalientan al funcionar y, probablemente, se corroan. En la
medida en que aumenta la resistencia, aumenta más el calor. Los revestimientos plásticos
de los terminales se carbonizarán y se desmoronarán. También el aislamiento de los
conductores se deteriora, volviéndose quebradizo y desprendiéndose.
Cualquier bobina de CA puede zumbar, producir ruidos o vibrar. La vibración excesiva
puede excoriar el aislamiento, aflojar las conexiones, yen general, incrementa el desgaste.
El ruido y la vibración se pueden deber a:
• láminas sueltas en el núcleo de las bobinas del relevador y de los transformadores.
Revise los remaches, abrazaderas, o tuercas y tomillos que mantienen las láminas
unidas entre sí.
• la bobina de pantalla, rota. Una bobina de pantalla es un enrollado corto de alambre
grueso alrededor de uno o ambos circuitos del núcleo de un solenoide de CA.
• la armadura de un solenoide o pistón que no puede ser halado completamente.
El aislamiento de los conductores entre los componentes, fallan algunas veces, debido a:
• el calor originado por exceso de corriente en el conductor.
• conductores muy cercanos a una Instalación que produce calor o. a fuentes de calor no
aisladas.
• luberias de vapor, tubos de escape. calor de procesos, u otras fuentes externas.
• daños mecánicos -
fricción. excesiva vibración o curvatura.
• luz solar. exposición a las inclemencias del tiempo y a químicos.
6-22
3. Componentes
quemados.
Los motores, los transformadores, los relevado res y los solenoides, todos contienen bobinas de alambre. Normalmente se produce cierto calor en esas bobinas pero, cuando el
motor o los transformadores son sobrecargados o, cuando por alguna razón las bobinas de
los solenoides de CA no logran ajustarse, el calor se incrementa notablemente.
El calor debilita el aislamiento del alambre, generalmente una cubierta delgada de barniz,
hasta que éste se resquebraja en algún punto, originándose un corto entre dos vueltas del
alambre.
El mugre, la vibración, la humedad y, la expansión y contracción debidas a los cambios de
temperatura, también contribuyen a las fallas del aislamiento dentro de los componentes.
Las bobinas quemadas frecuentemente producen un olor característico del barniz quemado. Eléctricamente, probablemente, aquellas estarán abiertas o, completamente en corto.
Las luces y los calentadores se queman más rápidamente, si el calor no puede ser irradiado, difundido o alejado en la debida forma.
• Las lámparas incandescentes
tores o pantallas cercanas.
no duran mucho si se encuentran rodeadas por reflec·
• Los elementos de calentamientq, se queman fácilmente en el lugar dónde les haya
caído algún material o, donde se han combado por contacto con aislantes.
• Los calentadores de inmersión se queman si no se encuentran completamente debajo
del nivel del líquido.
4. Problemas
por contacto.
Las fallas por contacto en los relevadores, contactores y en toda clase de interruptores, generalmente se deben a:
• alta corriente de cierre.
La mayoría de los motores y solenoides de CA, tienen una alta entrada de corriente,
seis a diez veces la cantidad normal de funcionamiento. Las cargas con filamento de
tungsteno también reciben una gran cantidad de corriente - unas quince veces más
que la corriente normal de calentamiento. Los contactos que suministran estas cargas,
muchas veces, se funden o se queman.
6- 23
• formación de arcos.
Las cargas inductivas como los motores y los solenoides, producen arcos cuando se
abren los contactos. Entre más alta sea la corriente peor es el arco. La formación de
arcos debido a las cargas inductivas es, particularmente, severa con la CD.
Para minimizar el daño de los contactos, hay que instruir a los operadores para que
alivien, cuando sea posible, la carga del motor antes de apagarlo y, evitar sacudidas,
en un motor cargado.
• excesiva fuerza de cierre.
Aquellos contactos que se cierran de golpe, fuertemente, gradualmente se van
arruinando y deformando. También se pueden saltar, quemarse y perforarse. Esto
puede ser producido por un alto voltaje de funcionamiento en las bobinas de CA o, por
un resorte de reg reso, débil.
• rechinamiento de los contactos, vibración.
LoS problemas de los circuitos que produzcan un voltaje fluctuante en la bobina o. alta
vibración del componente, pueden producir rechinamiento.
• mugre, aceite o grasa en los contactos.
Hay que proteger los contactos de la contaminación y, limpiarlos con disolventes que
no dejen residuo.
• contactos revestidos o llmados, incorrectamente.
Generalmente, los contactos no deben ser limados, lijados, cubiertos con base o,
"revestidos". La falta de color y, pequeñísimas y leves perforaciones, no son peligrosas. Los contactos, frecuentemente, se hacen de tal manera que, resbalen parcialmente en su posición para ayudar a mantenerlos limpios.
• contactos alineados en forma incorrecta.
Frecuentemente, uno o ambos contactos están ligeramente combados y montados en
forma curva, de tal manera que, el alineamiento exacto, no es crítico. Sin embargo,
si los contactos se tocan primero en los bordes, su vida será corta.
• capacitores de supresión de arcos, defectuosos.
Si estos capacitores no logran abrir, los contactos fallarán, rápidamente.
6 -24
Respuestas
8 los Ejercicios
Prácticos
EJERCICIO PRACTICO I
D. El interruptor de límite es la respuesta correcta. La fuente de energía, el motor y el cornacter del motor, se descartan debido a las manifestaciones - el hecho de que el sistema
arranca y opera normalmente. El problema radica en la lógica o, en un dispositivo de
entrada.
EJERCICIO PRACTICO 11
La lectura de la resistencia a través del interruptor abierto será de 12 ohmios, ya que los dos
resistores de 6 ohmios están en un solo circuito, en serie con el interruptor abierto. Si hubiese
otro componente en un lugar cualquiera del circuito, en paralelo con los resistores, la lectura
sería menor.
EJERCICIO PRACTICO 111
SI se ha disparado un interruptor automático de sobrecarga, el voltaje entre A y S será de
cero, ya que no puede fluir corriente alguna a través de la bobina del contactar.
Sin embargo, el voltaje entre L2 y A 6 S depende de, en cuál lado de la bobina del contactar,
actualmente están conectadas las sobrecargas. Aunque estas se muestran en el lado L2, las
sobrecargas pueden estar, de hecho, conectadas en serie en el lado L1 de la bobina del contactor. Si así fuese, el voltaje entre L2 y A 6 S, será de cero. Si están conectados como
aparece en el diagrama, el voltaje entre L2 y A 6 S, será el voltaje total del sistema de control.
EJERCICIO PRACTICO IV
Parte 1
A. LSl se atasc6, abierto o, TRl no está cerrando, si la bomba de transferencia no funcionase, de ninguna manera.
S. La única causa posible para que se rebose el tanque mezclador es que, no estén abriendo
los contactos FL 1 del peldaño 1.
C. 51 debe estar defectuoso. Si el mezclador funciona, 51 está recibiendo voltaje.
6 -25
D. Si, ni el mezclador ni el solenoide funcionan, los contactos Fl1, en peldaño 2, no deben
de estar cerrando.
E. Probablemente, lS1 es responsable de que una bomba de transferencia se apague
demasiado pronto. También es posible que los contactos M3, en peldaño 7, no estén
sellando. En este caso, la bomba de transferencia se apagaría tan pronto como el nivel en
el mezclador principal descendiese lo suficiente, para operar FL 1 Y abrir los contactos TRI.
F. Si la bomba de carga solamente funciona, cuando se mantiene presionado el botón de
arranque, los contactos M1, en el peldaño 2, no deben de estar sellando.
G. TA1 es la causa de que un mezclador funcione durante demasiado tiempo, antes de que
arranque la bomba de transferencia. Si el mezclador sigue girando después de que arranque la bomba de transferencia, FL 1 es el responsable.
H. lS1 es el responsable de que se rebose el reoipiente de pesaje.
Parte 2
A. Cuando el mezclador no esté funcionando, habrá cero voltios en el lado L1 de TRI; el
mezclador, en sí; no tiene voltaje y está conectado directamente aliado L1 de TRI.
B. Cuando la bomba de transferencia esté funcionando, habrá 120 voltios en el lado L2 de
LS1; pues, la bomba de transferencia sólo puede funcionar, cuando LSl le suministra
voltaje.
C. Cuando la bomba de carga esté funcionando, se leerán 120 voltios. También habrá allí
120 voltios cuando la bomba de carga no esté funcionando, siempre y cuando .el recipiente mezclador no esté lleno y, no se esté presionando el botón de parada.
6 - 26
Parte 3
A. La resistencia entre el lado L1 de PS2 y L2 será b, infinita, (a no ser que L1 Y L2 estén
conectados directamente al secundario de un transformador de control). No existe otro
circuito completo a través de algún componente, de los que aparecen en el diagrama; de
tal manera que, la lectura será únicamente a través de un componente abierto.
B. La resistencia entre el lado II de M2 y L2 será e, entre cero e infinito. La resistencia leida
es la combinación en paralelo de SI. TRI Y M2.
C. La resistencia entre el lado L1 Y L2 de M3 será c. entre cero e infinito. La resistencia leida
sólo es a través de M3.
Parte 4
La mejor manera de confirmar que una bobina de solenoide está abierta en este circuito. es
según elección D; midiendo la corriente que va o sale de SI, cuando está funcionando el
mezclador.
Midiendo el voltaje a través de SI, cuando esté funcionando el mezclador, elección A, solamente mostrará que el voltaje está llegando a S1 y no, que la corriente lo está atravesando.
Midiendo la resistencia de S1, elección B, tampoco detectaría una bobina abierta, ya que
tanto TRI como M2 están en paralelo, y su baja resistencia podria camuflar un componente
abierto en S1. Sin embargo. si primero se desconectase SI. una prueba de su resistencia,
confirmaría una bobina abierta.
Verificando si el émbolo ha sido halado hacia adentro, mientras la bomba de carga está
funcionando, elección e, no confirmaría nada. por cuanto se supone que, el émbolo no será
halado hacia adentro, hasta cuando no se detenga la bomba de carga.
6- 27
REPASO FINAl
INSTRUCCIONES:
Escoja la respuesta que mejor complete la proposición.
1. Antes de poder localizar los problemas en un sistema eléctrico, en forma segura y
eficiente, se debe:
A. cortar toda energía.
B. aislar eléctricamente sus partes funcionales.
C. verificar que estén funcionando en la forma debida, todos los embobinados y relevadores.
D. saber cómo es que el sistema supuestamente, debe funcionar y, cómo falló.
2. En el siguiente circuito funciona el motor del ventilador, pero no el calentador (representado por las letras HTR). ¿Qué probará usted en primera instancia?
A. la resistencia de los contactos de MI, en el pe Idalio del calentador.
B. la corriente de la línea que va al calentador, con el motor funcionando.
C. el voltaje en lado TI del calentador, con el motor funcionando.
D. el voltaje entre FS1 y T1, con el motor parado.
1
L2
M1
MI
FSl
T1
3. En el circuito anterior, el problema radica en que, el calentador (HTR) siempre se enciende
al mismo tíempo que el motor, excepto cuando el calentador ha alcanzado la temperatura.
La causa debe ser:
A. que los contactos MI se cierran demasiado pronto.
B. FS1 está atascado cerrado.
C. T1 está desajustado.
D. los contactos MI se abren cuando se aetlva FS1.
6 ·28
4. Los componentes de la fuente de energía incluyen, con frecuencia:
A.
B.
C.
D.
los contactares que envían la energía a los motores y a otras cargas.
los interruptores de limite.
motores y transportadores.
los fusibles y los interruptores automáticos de circuito.
5. Si los interruptores automáticos saltan, cuando se activa una carga determinada,
usualmente se puede:
A.
B.
C.
D.
descartar todo menos la carga y sus conexiones.
suponer que el problema se encuentra en la fuente de energía.
aislar el problema desconectando la carga.
encontrar el problema mediante verificaciones del voltaje.
6. Si un motor arranca en el momento debido, pero no frena o da marcha atrás, como debe
ser, la causa probable está en:
A.
B.
C.
D.
el cableado que va al motor.
los componentes de control de la carga.
los relevado res de la lógica.
el motor mismo.
7. Las pruebas le deben siempre permitir:
A.
B.
C.
D.
identificar la causa de un problema
eliminar las causas probables.
encontrar la raíz de la causa de un problema.
entender el funcionamiento del sistema.
8. Si un motor repetidamente dispara una de sus sobrecargas, la mejor prueba, para aplicarla
en primera instancia, sería:
A,
B.
C.
D.
verificar que haya el voltaje debido en la bobina del contactor.
comprobar si el voltaje está llegando al motor.
ensayar otro interruptor automático de sobrecarga.
medir la corriente en las líneas que van al motor.
9. Si un relevador determinado no se está activando, las causas probables pueden ser que:
A.
B.
C.
D.
los alambres que salen del relevador están en mal estado.
los contactos del relevador están dañados.
la bobina del relevador está en mal estado o, no está recibiendo voltaje.
las respuestas A y B son correctas.
6 - 29
10. Al medir el voltaje en CA, hay que estar seguro de:
A.
B.
C.
D.
descargar primero todos los capacítores.
usar una escala lo suficientemente grande, para evitar daños al medidor.
conectarse a tierra, lo mismo que el terminal respectivo.
colocar el medidor en la polaridad apropiada.
11. En relación con las lecturas de resistencia, ¿cuál de las siguientes proposiciones NO es
verdadera?
A.
B.
C.
D.
No pueden detectar los componentes abiertos.
Deben tomarse en circuitos energizados.
Pueden ser distorsionadas por circuitos en paralelo.
Pueden detectar cortos circuitos.
12. Una posible raíz de la causa, para que se disparen los interruptores de sobrecarga
("OL's") es:
A.
B.
C.
D.
6-30
demasiada corriente en una fase.
ventilación del motor, deficiente.
maquinaria atascada.
bajo voltaje en una fase,
APENDICE
INSPECCION y MANTENIMIENTO
DEL EQUIPO DE ENERGIA ELECTRICA
El equipo protector del circuito e interruptor de la energia, los transformadores
son costosas; se les debe prestar atención permanente, incluyendo:
y las cargas
1. La revisión periódica, con un megóhmetro, para detectar las fugas en el aislamiento. La
disminución gradual de la resistencia del aislamiento puede convertirse en mugre o
deterioro del aislamiento, generalmente, debido al funcionamiento con energía.
2.
La limpieza
alrededor de los aislantes y forros metálicos, la verificación de la existencia de
resquebrajaduras, astillados y la evidencia de la formación de arcos.
3. El soplado. aspirado, lavado o cepillado de la mugre de los motores. La limpieza de los
residuos de grasa y aceite de los devanados del motor.
4. La verificación de la temperatura de funcionamiento de los motores y transformadores.
5. El movimiento de los contactos de los interruptores automauccs. deplazándolos a
encendido o apagado, varias veces, cuando no esté pasando corriente a través de ellos.
6. La revisión del funcionamiento del circuito y de los interruptores automáticos de sobrecarga. Los elementos bírnetáücos gradualmente pueden ir perdiendo su efectividad debido
a la fatiga del metal y, no logran dispararse cuando debieran hacerlo.
7.
La
revisión de los contactos para detectar la presencia de mugre, quemaduras o
perforaciones.
8. La inspección de los terminales, la tensión de los alambres. la firmeza de las abrazaderas;
y las evidencias de corrosión debidas al calor.
A -1
PROBLEMAS V MANTENIMIENTO
DE LOS MOTORES
Los motores de CA se parecen a los transformadores por cuanto el calor, es la principal causa
de su fallas. El aumento de calor en un motor, como en un transformador, generalmente se
debe a sobrecarga o a escaso enfriamiento.
1. La mayoría de los motores reciben su enfriamiento por aire. Muchos tienen ventiladores
incorporados que ventilan el exterior del bloque sellado del motor o, a través del motor.
Si el ventilador no puede desempeñar su función debido a la mugre, que restringe el flujo
de aire, o a superficies aislantes, el motor funcionará caliente.
¡Mantenga limpios los motores, los ventiladores
y los
respiraderos!
2. También los motores se calientan cuando:
• son encendidos, frenados o reversados frecuentemente, en tiempos muy cortos.
• se les exige potencia por encima de su capacidad diseñada.
• son defectuosos, mecánica o eléctricamente.
• se los hace funcionar con bajo voltaje.
• se los hace funcionar con voltajes de fase, no balanceados.
• funcionan en ambientes con alta temperatura.
A-2
DISPOSITIVOS PROTECTORES
DEL CIRCUITO
Los fusibles y los interruptores automáticos del circuito, deben proteger, contra las sobrecargas y cortos circuitos, todos los componentes y conductores energizados de un sistema de
energía,
1. Las sobrecargas
conductor.
son corrientes que, de continuarse, dañarían un componente o un
a) La capacidad de conducción de la corriente del dispositivo protector del circuito, no
debe ser mayor de la ampacidad de los conductores del circuito - la corriente que
pueden transportar, en forma segura, los conductores, sin que el aislamiento se
deteriore por causa del calor.
b) Cuando los equipos protectores están funcionando normalmente, la corriente de diseño
debe ser lo suficientemente alta para evitar que se quemen o disparen los dispositivos
de protección a sobrecarga.
La mayoría de los dispositivos protectores de sobrecarga se disparan o se queman cuando,
una corriente de sobrecarga, produce demasiado calor.
• En el caso de un fusible, la corriente funde una placa metálica delgada abriendo el
circuito.
• En el caso de los interruptores automáticos de circuito y muchos interruptores de sobrecarga, cuando son calentados por una corriente de sobrecarga que pase a través de
ellos, una cinta, una bobina o un disco hecho de dos metales, se dobla para abrir un
circuito. Cuando se enfría el dispositivo, se puede volver a conectar o, él mismo lo hace
au1omáticamente.
• En el caso de algunos relevado res de sobrecarga, una aleación metálica especial se
funde cuando es calentada por una sobrecarga de corriente en un calentador de resistencia cercano. La aleación fundida libera un contacto de resorte, abriendo el circuito de
control. Cuando el metal se enfría, el relevador puede ser reconectado.
los dipositivos protectores de sobrecarga son diseñados de acuerdo a la corriente de sobrecarga que los dispararía. También. son calculados para un voltaje de línea específico.
¡Nunca reemplace un fusible o interruptor
corriente mayor o un voltaje inferior!
automático
con otro calculado
para una
A-3
Interruptores y fusibles temporizados o de retardo.
Algunas veces, el circuito se debe abrir inmediatamente que la corriente exceda un
determinado valor.
Sin embargo, algunas cargas, especialmente los motores, solenoides y luces incandescentes
absorben una gran cantidad de corriente cuando se les enciende por primera vez. Durante el
funcionamiento, los dispositivos pueden estar sujetos a breves sobrecargas, sin dañarse. Bajo
estas circustancias, los dispositivos protectores del circuito, necesitan un tiempo de demora a
fin de evitar interrupciones incómodas.
El tiempo de retardo se puede fijar; el dispositivo podrá así soportar sobrecargas moderadas
durante un tiempo determinado, no importa cuál sea la corriente. Frecuentemente, el tiempo
de retardo está relacionado con la corriente; entre mayor sea la corriente más pronto se abrirá
el dispositivo.
El tiempo de retardo deberá ajustarse de acuerdo con los componentes a los que se suministra energía. Algunos componentes se dañan rápidamente con sobrecorrientes breves.
¡No emplee dispositivos
temporizados,
o dispositivos
con grandes demoras
cuando las cargas, sin ellos, trabajan satlsfactorlamentel
de tiempo,
2. Los corto circuitos son fugas de corriente por aislamiento de baja resistencia entre un
conductor energizado y, otro conductor cualquiera o, el de tierra.
En muchos sistemas, la corriente, a través de una fuga, puede aumentar inmediatamente,
a cientos o miles de veces la corriente normal del circuito. El calor destruye el aislamiento
y se funden los conductores. Las fugas a tierra pueden causar explosiones.
Los dispositivos protectores del circuito, deben abrirlo y, detener la corriente en forma
rápida. Sin embargo, las altas fugas de corriente son difíciles de interrumpir, debido a 'a
energía de los campos magnéticos que las rodean. La apertura del circuito produce arcos
eléctricos destructivos.
A-4
La mayoría de los dispositivos protectores contra corto circuitos, utilizan fuerzas magnéticas
para abrir el circuito. Frecuentemente la corriente que controla, es enviada a través de una
bobina, la que hala un émbolo o inducido, retenido por un resorte.
Hay, sin embargo, muchas variaciones:
• En vez de enviar grandes corrientes a través de una bobina en serie, el campo de la
corriente puede ser detectado con un transformador de corriente colocado alrededor
del conductor (como en el caso de un amperímetro de abrazadera).
• En los interruptores de circuito de caja, en su interior, un canal metálico rodea, parcialmente, una corta sección del conductor. La alta corriente del conductor crea un campo
magnético a su alrededor que hala el canal y hace saltar el mecanismo.
• Los fusibles que limitan la corriente también abren un circuito en forma rápida, en menos
de la mitad de un ciclo de CA, antes de que puedan aumentar, significativamente, las
corrientes del corto circuito. Estos fusibles cuentan con varios elementos delgados y
separados. Tan pronto como se funde uno, aumenta la corriente que pasa por los otros,
y los remanentes se funden a mayor velocidad.
Generalmente, la caja de los tableros donde se colocan los fusibles o los interruptores de
circuitos, está calculada para manejar sin daño, una corriente de falla o fuga, frecuentemente
de 10,000 amperios; 65,000 amperios; 100,000 amperios o más. Los fusibles o interruptores
automáticos princlpales deben tener la misma capacidad, o mayor.
¡En ningún caso, el valor de dlsel'lo para la Interrupción de la corriente, debe ser más
baja que el de otras unidades semejantes ya Instaladas en la misma caja. Tampoco,
debe ser menor que el valor de la unidad que está reemplazandol
PROBLEMAS Y MANTENIMIENTO
DE LOS TRANSFORMADORES
A· 5
calor: Los transformadores sobrecargados se recalientan. Se deteriora el barniz aislante del
alambre del devanado, causando cortos entre las vueltas contiguas. Los cortos producen
puntos calientes los cuales arden a través del papel que está aislando las capas de los devanados contiguos. La corriente aumenta y el transformador se quema, produciendo un olor
característico.
Los transformadores "secos" cuentan con en el enfriamiento por aire. Frecuentemente, están
protegidos en una caja ventilada con aire que circula, en la parte superior y en la inferior.
Algunas veces, un ventilador nace penetrar aire en el interior. El mismo transformador, tendrá
una mayor capacidad de energra, con enfriamiento por aire a presión.
Los transformadores "húmedos" están encerrados en un recipiente lleno de un aceite especial,
que es un buen aislante. El aceite reduce la formación de arcos dentro. También ayuda a
disipar el calor desde el núcleo y los devanados. Los grandes transformadores llenos de
aceite, con frecuencia, tienen aletas o radiadores extemos para incrementar el enfriamiento.
Ruido: El núcleo de un transformador está hecho o de muchas hojas delgadas (láminas) o,
de una tira delgada y continua, entretejida a través del centro de los devanados. El material,
generalmente está hecho de una aleación, de gran resistencia, de silicio y hierro, para
obstaculizar las corrientes parásitas.
Un transformador vibrará o zumbará si los estratos o capas de tiras o láminas, no se encuentran fuertemente agrupadas. Los remaches, los pernos o las abrazaderas de correa flojas,
pueden ser la causa de un funcionamiento ruidoso. El ruido se incrementa con la carga del
transformador.
VERIFIQUE
• La temperatura de funcionamiento.
• El voltaje y la corriente primarios y secundarios y, la proporción o razón de las vueltas.
• Estado y nivel del aceite. El aciete no debe presentar escape, volverse ácido o oontarnínarse con sedimientos.
• La mugre en los radiadores o en las aletas.
• El funcionamiento del ventilador y del termostato.
• La circulación del aire alrededor del transformador.
• El ruido y, la manera compacta como deben estar las láminas del núcleo o las tiras.
• La instalación firme de los conductores y terminales, la corrosión y el mal aislamiento.
A- 6
CONEXION DE LOS TRANSFORMADORES
Termina! de! transformador/marcas
A LAS TRES FASES
de las conexiones y polaridad.
H1 H2 H3
H1
• • •
X1 X2 X3
X1 X2 X3
H2
,
• ••
DERIVACION
CENTRAL
1) Transformadores trifásicos de una sola unidad:
• Los tres terminales/conexiones
secundarios estarán marcados X1 , X2, y X3.
• Los tres terminales/conexiones
y H3.
primarios, correspondientes,
2) Transformadores
estarán marcados H1 , H2
monofásicos:
• Los terminales primarios, probablemente Irán marcados H1 y H2.
• Los terminales secundarios irán marcados X1 y X2.
Los transformadores con un secundario central derivado se identificarán X1, X2 y X3.
X2 es la derivación central; X1 y X3 son los extremos.
Los transformadores con un secundario de dos partes, tendrán, una parte rotulada X1 y X2,
y la otra, rotulada X3 y X4.
Muchos transformadores, sean unidades mono o trifásicas, tienen derivaciones primarias,
rotuladas 1, 2, 3, 4, 5. etc., para compensar los voltajes locales, allos o bajos. Generalmente,
cada derivación representa un aumento o disminución del voltaje del 5% ó 2.5%.
Algunas unidades están equipadas con conmutadores para cambio de derivación.
¡No cambie las posiciones estando el transformador energizado!
A-7
Reglas generales para la conexjón de los conjuntos de devanados:
a) Para conectar en serie un devanado de dos
partes, use un alambre de cierre de X2 a X3.
Los extremos de los devanados en serie son
Xl y X4.
b) Para conectar en paralelo un devanado de
dos partes, use un alambre de cierre de Xl
a X3 y, de X2 a X4.
-f-e"
~XI X3X2X4
....
XI X3X2 X4
c) Para una conexión en delta, instale los tres devanados en serie de tal manera que cada Xl
esté conectada al otro extremo (X2, X3, ó X4) del siguiente devanado. ¡NO una los
terminales/conexiones
que tengan el mismo sublndlce!
d) Para una conexión en Y, una el mismo extremo (por ejemplo Xl) de los tres devanados.
Los otros extremos de los devanados están conectados a las Hneas. ita unión neutra
debe ser la de los tres terminales/conexiones
con el mismo sublndlce I
A·8
Unión de terminales/conexiones
de 1ransformadores. no marcados.
Si hay que conectar en delta los tres devanados del transformador:
a) conecte entre sl dos de sus pares de terminales/conexiones,
b) aplique una prueba de voltaje trifásico al otro conjunto de devanados (primario o
secundario), y
c) mida el voltaje que pasa por el último par de terminales/conexiones. Si es cero, se
puede cerrar la unión delta. Si no lo es, hay que Invertir uno de los devanados.
Si hay que conectar los tres devanados del transformador en Y:
a) conecte entre si los tres terminales,
b) aplique una prueba de voltaje trifásico al otro conjunto de devanados (primario o
secundario), y
e) verifique el voltaje entre los pares de terminales desconectados. Las tres lecturas
deben ser iguales. Si no, invierta las conexiones que van al devanado que presenta la
lectura baja.
A-9
SIMBOLOS ESQUEMATICOS
III
Conductor de energla
)--)--)
Capacilor
Alambrado del conlrol
11mbre
-B-
Interruptores automáticos
de circuito con Ol
térmico y magnético
INTERRUPTORES
Cruce de conductores
sin unirse
('swhches·)
Solenoide
Unión de conductores
Abierto, de un solo
ROlo V oe un solo
des Iazarníento
Resislor
cerrado o NC, de un
solo palo y.de Un solo
desplararnlentc
Resislor variable
MolorCD
A·10
o-
-o o-
NA, de doble polo y de
un solo dssplazam'_anto
Diodo rectfflcador
Balerla
~
De un solo palo ~ de
dobls desplazamiento
Sobrecarga térmica
~I
~o-
Calentador
Motor CA
Fusibles
Sirena, bocina
Transformador
m
___y-{_
Bobina (inductor)
Luz Indicadora
~
NC, de dobie polo y de
un solo desplazem.enlo
SIMBOLOS ESQUEMATICOS
INTERRUPTORES
DE LIMITE
Interruptor automático
de doble ruptura, NA
NC
Interruptor de
temperalura NA
NC temporizado abierto
~o-
I
NA
-0:0I
-Q..LODe doble polo y de un
solo desplazamiento
con contactos NA y NC
Interruptor de presión
ode vado NC
Polo Onlco, posición
múltiple
NA temporizado cerrado
NC, manteniendo ablano
I---------i
oo-
O--
40-
NA, manteniendo cerrado
NC tempoñzado cerrado
oissosrnvos
DE CONTROL
Interruptor de flotador
ode nivel NA
NA temporizado ableno
Interruptor de pie
o de pedal, NA
--EJ--TR
contacto, lémporizador
_R_8_Ie_va_00r_o_bob_i"_a_d_e-j
d81motor
IBobina contadora
ContacIos NA
NA de tiro único,
de tres polos
Interruptor de
flujo, NA
Contactos NC
A-11
NOTAS
NOTAS
052793
NOTAS
A Westc,off
Co pony
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1 309 NClIrthM'arket Street
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Fm 4~3 ?67 ::'555
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37405