Download - ypfb logistica sa

BOLETÍN TÉÉCNICO
O GING-BT-001-11
25 DE ENERO DE 2010
GEERENCIA DE IN
NGENIERÍA Y PROYECTOS
CON
NCEPTOSS DE MAQ
QUINAS ELLECTRICA
AS
CON
NTENIDO
1. IN
NTRODUCCION
N
2. CLLASIFICACION DE LAS MAQU
UINAS ELECTRIC
CAS
2.1 Según
S
el tipo de
d corriente eléctrica
2.1.1 Máquinas de
d corriente co
ontinua
a) Generadores de corrriente continuo
o
e continua
b) Motorres de corriente
d corriente allterna
2.1.2 Máquinas de
a) Generadores de corriente Alterna
b) Motorees eléctrico de corriente alterrna
c) Transfo
ormadores elécctricos
2.2 Según
S
el tipo la tensión
2.3 Según
S
el movim
miento de sus partes constru
uctivas
2.3.1 Máquinas eléctricas
e
estátticas
a) Transfo
ormadores elécctricos
b) Converttidores e inverrtidores
e
rotattiva
2.3.2 Máquinas eléctricas
a) Generadores eléctrico
os
b) Motorees eléctricos
b.1) Motores de corrriente continúaa
b.2) Motores de corrriente alterna
3. GEENERACION, TRANSMISION,
T
N, DISTRIBUCIÓ
ÓN Y CONSUM
MO
DEE LA ENERGIA ELECTRICA
3.1 Generadores en
e el sistema
T
ma
3.2 Transformado
res en el sistem
3.3 Motores en el sistema
ARACTERISTICA
AS COMUNES DE MAQUINASS ELECTRICAS
4. CA
4.1 Potencia
T
4.2 Tensión
4.3 Corriente
4.4 Factor de Poteencia
4.5 Frecuencia
4.6 Rendimiento
ONCLUSIONESS
5. CO
6. REEFERENCIAS
7. AN
NEXOS
An
nexo I – Despie
ece de un mottor eléctrico
Motor Eléctrico, Unidad de Bombeo N°
N 1, Estación Marriaca, PSP, YPFBL
En las in
nstalaciones de CLHB SA, existen
e
máquinas eléctricas:
Generado
ores,
Transfformadores,
Motoress
Convertidorees,
eléctricoss, entre otros, con el objeto dee transporte,
almacenaamiento y desp
pacho de hidro
ocarburos líquid
dos.
Este boleetín explica de forma general conceptos geenerales de lass
máquinass eléctricas, reeferidas a su clasificación, su
s generación,
transmisión y utilizacción, caracterrísticas comun
nes de estass
d
de los motores elééctricos.
máquinass, y principios dinámicos
Este boletín muestra la descripción dee forma prácticca y reducida.
orar el conocimiento en lo
o
Este boleetín está desttinado a mejo
referentee a: “Concepttos de las máquinas elécttricas”, por laa
mayor paarte del person
nal de nuestraa empresa, con
n pretensioness
de no mo
ostrar fórmulass matemáticass, que saldrían del alcance dee
un bolettín. Sólo en la sección: Características
C
comunes dee
máquinass eléctricas see hace uso de las formulas básicas en su
u
gran mayyoría de carácter aritmético, que sin el uso
o de estos seríaa
muy difícil su explicació
ón de estas características.
1. INTTRODUCCIÓN
Las máqu
uinas eléctricass son aquellass en las cuales al menos unaa
de las dee las formas de energía que recibe o entrega
e
es dee
naturalezza eléctrica.
En la sigu
uiente figura se muestra, el
e flujo de eneergía de formaa
general de
d referencia, teniendo
t
como componentees: Generación
n
– Transm
misión – Disttribución – Utilización
U
po
or centros dee
consumo: domiciliario, comercial e industrial.
2. CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS
2.1 Según el tipo de corriente eléctrica
2.1.1 Máquinas de corriente continua
Estas pueden ser:
a) Generadores de corriente continuo
b) Motores de corriente continua
2.1.2 Máquinas de corriente alterna
Estas pueden ser:
Pueden ser
a) Generadores de corriente Alterna.constructivamente monofásicas ó trifásicas. También
pueden ser síncrono ó asíncronos. Siendo preferencia y de
mayor aplicación los generadores síncronos.
b) Motores eléctrico de corriente alterna.- Pueden ser
constructivamente: monofásicas y trifásicas. También
pueden ser síncronas ó asíncronas (de inducción) y a
diferencia de los generadores, los motores son de
preferencia y mayor aplicación los motores asíncronos.
c) Transformadores eléctricos.- adecuan el voltaje (elevan o
reducen) según el requerimiento, necesario para la
transmisión de energía eléctrica.
2.2 Según el voltaje
Según el voltaje se pueden clasificar máquinas de alta, baja y
media tensión
b) Convertidores e invertidores.-Transforman la corriente
alterna en continua (convertidores) o la corriente continua
en alterna (Invertidores), son una combinación de
dispositivos eléctricos con elementos electrónicos de
potencia.
2.3.2 Máquinas eléctricas rotativa
Son máquinas electro – magnéticas – mecánicas, que
convierten la energía mediante un movimiento giratorio
(rotativo) de una de sus partes constitutivas y son los
generadores y motores.
a) Generadores eléctricos.- Los generadores son máquinas
que transforman la energía mecánica en energía eléctrica
de corriente alterna o continua. Cuando se produce
alterna los generadores son llamados Alternadores y
cuando se produce corriente continua son llamados
dínamo. En general los generadores eléctricos generan
energía eléctrica a partir de otras formas de energía.
La entrada del generador está constituida por un eje de
rotación (eje de rotor) en donde se aplica la energía
mecánica producida por: turbinas: hidráulicas, Gas, vapor,
MCI y la salida del generador, está constituida por unos
terminales fijas por las cuales sale la energía eléctrica
generada y que se conecta con la red que se llevará dicha
energía hasta los centros de consumo.
Baja tensión:
0 < BT < 1.000 V
Media tensión: 1.000 V < MT < 30.000 V
Alta tensión:
30.000 V < AT
También se toma en cuenta la variación de frecuencia.
2.3 Según el movimiento de sus partes constructivas
Las máquinas eléctricas (ME) se pueden clasificar según sus
partes constructivas como:
2.3.1 Máquinas Eléctricas estáticas
Son dispositivos que para realizar conversión de energía no
requieren del movimiento de una de sus partes y
fundamentalmente son los transformadores y los
convertidores, vemos:
a) Transformadores eléctricos.- Son máquinas de corriente
alterna cuya función es transformar entre las terminales
de entrada y las de salida los voltajes y corrientes,
conservando la misma potencia. O sea elevando a una
potencia eléctrica, es decir voltaje y la corriente,
permaneciendo constante la potencia:
S = V1*i1 = V2*I2 = cte
Las características eléctricas principales de un generador
eléctrico son: El voltaje, corriente y frecuencia que esta
máquina pueda entregar.
Los generadores de corriente alterna constructivamente
pueden ser: monofásicas, Trifásicas, aún cuando la mayoría de
estas máquinas son trifásicas por razones económica – técnicas.
También pueden ser síncronas y asíncronas, siendo la mayoría
los Generadores Síncronos.
b) Motores eléctricos.Son máquinas electro – magnéticas – mecánicas, que
convierten la energía eléctrica en energía mecánica, y
conjuntamente las bombas son las de mayor uso en YPFBL
La energía
e
eléctricca produce un movimiento de
d rotación, en
n la
partte conocida como rotorr, la misma transmite su
movvimiento a otros órganos mecánicos
m
quee accionan a las
máq
quinas sobre laas cuales actúaan.
a
corrientess
eléctrica) a la red exterior, pero debido a que a altas
p
transmittir por los cablles de transmisión, entoncess
no se puede
se haráá necesariameente una tran
nsformación de
d tensión dee
generacción hasta altaas tensiones de
d transmisión
n Vt y las altass
corrienttes de generacción hasta bajas corrientes transportabless
“It“ por los cables de alta
a tensión.
nsformadores en el sistema
3.2 Tran
Como se expuso en
n el inciso a)
a del parágraafo 2.3.1, loss
ón adecuar el voltaje
v
(bajar o
transforrmadores tiene como funció
subir seegún sea el caso) necesario para la transm
misión y el uso
o
de la en
nergía eléctricaa.
La entrada
e
de los motores está constituido
c
físicamente por los
l
term
minales de con
nexión a travéss de las cuales recibe la energgía
elécctrica de la reed y la salida es el eje de rotación
r
(eje del
d
roto
or) a través dee la cual entregga energía meecánica en form
ma
de movimiento de
d rotación al sistema meccánico requerido
paraa mover porr lo general otra máquinaa, (en nuestrras
instalaciones esta máquina es una bomba). En
n cierto modo un
uncionamiento
o opuesto a un
n generador. (en
mottor tiene un fu
el Anexo
A
I Puede verse
v
el despie
ece de un moto
or eléctrico).
Para la transmisión, el
e transformad
dor recibe de los terminaless
nerador una tensión generaada VG y una alta corrientee
del gen
generad
da IG y las tran
nsforma en unaa alta tensión de
d transmisión
n
Vt y unaa baja corrientte transportad
da “It“ por los cables
c
a largass
distanciias hasta llegar a los centtros de consu
umo. En estoss
centross actuará otro transformador con la finalid
dad de bajar laa
tensión, es decir la altta tensión de transmisión
t
Vt que recibe en
n
minales de enttrada, lo transfforma en tensio
ones aptas parr
sus term
a la utilización Vu y en
n consecuencias las bajas co
orrientes en lass
d transmisión se transformaa en grandes magnitudes
m
dee
líneas de
corrientte de utilizaación “Iu“, laas que serán
n distribuidass
adecuad
damente al usuario generalm
mente en mediia tensión.
Los motores tamb
bién pueden se
er:
ntinua
b.1) Motores dee corriente con
Llamadas simplemente
s
máquinas
m
de co
orriente continua
b.2) Motores dee corriente altterna
Estos pueeden ser mo
otores síncron
nos y motorres
asíncronos (o de induccción) y que co
onstructivamen
nte
l
pueden serr monofásicos o trifásicos. A diferencia de los
generadorees los motores asíncronos (o
( de inducció
ón)
son los más usuales en nuestras instalaciones YPFBL.
3. GEENERACION,
TRANSM
MISION,
UTILIZACION DE
D ENERGIA ELECTRICA
E
DISTRIBUCIO
ON
El con
njunto: Generaación, transmisión, distribucción y centros de
consu
umo se conocee como: “Sistemas eléctricoss de Potencia”. A
contin
nuación se mu
uestra de form
ma reducida lo
os fines de essas
máqu
uinas.
3.1 Ge
eneradores en
n el sistema de
e potencia
Como
o se expuso en el inciso a) del parággrafo 2.3.2, los
l
generradores recibeen energía mecánica (en forrma de rotació
ón)
en el eje de sus parrte rotórica (en YPFBL de parte de un Mottor
ombustión Inteerna) y la transsforman en en
nergía eléctricaa a
de co
una determinada
d
teensión de generación VG y una
u corriente de
generración “IG“ y laa entrega a través de sus teerminales (salida
Las redes de distribu
ución primaria y secundaria, normalmentee
c
a consumidorees: nominales,
son trifásicas con conexiones
d acuerdo a laa carga requerida;
bifásicas o trifásicas, de
c
Cargas de 4 Kw - Monofásicas (2 conductores)
c
Cargas de 4 a 8 KW - Bifásicas (3 conductores)
Cargas mayores a 8 KW - trifásicass (3 o 4 conducctores)
3.3 Mottores en el sisttema
En los centros de consumo, los motores recib
ben la energíaa
e
y la convierten en
n
eléctrica en sus terminales de entrada
m
q
que
entrega a
energía mecánica (en forma de movimiento)
d eje de su parte
p
rotórica al usuario. En los domicilioss
través del
por ejemplo, los motores elécctricos que accionan loss
dores, aspirado
oras, licuadoraas, refrigerado
ores, etc. En laa
ventilad
industriia los motorees accionan las máquinas industriales en
n
todo tip
po de industriaa.
nominal, ocurre en ellas pérdidas mecánicas, pero no se
producirá sobre elevación de temperatura que pueden
dañar los arrollamientos, aislantes, etc. Ni aparecerán
corrientes de excitación o magnetización elevadas.
4. CARACTERISTICAS
COMUNES
DE
MAQUINAS
ELECTRICAS
Definir las características fundamentales de las máquinas
eléctricas es básico para comprender a estos equipos, siendo las
principales:
• Potencia
• Tensión
• Corriente
• Factor de Potencia
• Frecuencia
• Rendimiento
• El campo magnético
4.1 Potencia
En general es la potencia útil, que entrega o produce una
máquina eléctrica en sus terminales de salida. De allí que, la
potencia útil en los generadores y transformadores es la
“Potencia eléctrica”, lo que comúnmente llamamos potencia
en los bornes, mientras que en los motores es la potencia
mecánica, llamado también potencia en el eje.
4.1.1
Potencia Nominal
La potencia nominal de una máquina eléctrica es la
potencia útil disponible que entrega o produce en régimen
nominal, es decir en las condiciones específicas de diseño
(temperatura ambiente, duración de funcionamiento, etc.)
que les han sido asignados por el constructor y a los valores
nominales de las rpm, tensión y corriente y a los valores
nominales de las rpm, tensión y corriente, la frecuencia,
factor de potencia y temperatura de trabajo < 75°C,
entendiéndose por duración de funcionamiento a si es
continuo o intermitente.
La potencia que entrega la máquina cuando funciona en
condiciones diferentes a las nominales simplemente se les
llama potencia útil o de trabajo, pues en la práctica la
máquina no siempre entrega su potencia nominal, sino que
entrega lo que exige la carga, de allí que si entrega su
potencia nominal (o potencia máxima ideal de diseño) se
dice que trabaja en a plena carga y cuando la carga es nula,
se dice que trabaja en “vacio”.
Cualquiera sea su régimen de carga de la máquina
(exigencia), una máquina eléctrica en servicio está siempre
sujeto a generar pérdidas, que se traduce en generación de
calor y por ende en la elevación de temperatura de sus
órganos luego cuando la máquina entrega la potencia
Técnicamente es necesario mantener una temperatura
admisible de trabajo < 75°C, sustraendo calor generado por
las pérdidas mediante la acción de agentes refrigerantes
tales como (aire, gas, aceite, aislante o camisas de agua
circulante).
La potencia nominal de un transformador es su potencia
aparente en los bornes del secundario
La potencia nominal de un generador es su potencia
aparente en sus bornes (salida).
La potencia nominal del motor es la potencia mecánica
disponible en el eje (salida).
Las potencias que figuran en las placas de las máquinas
eléctricas son siempre las potencias nominales.
4.1.2
Potencia eléctrica
Es la potencia aparente que involucra a la potencia activa
(transformable a potencia mecánica) y la potencia reactiva
(la crea el campo magnético)
a) Potencia Aparente (S).- Es la potencia eléctrica total de
una máquina eléctrica que involucra tanto a la potencia
activa como a la reactiva, sea máquina de corriente
continua (CD) o de corriente alterna CA, monofásica, la
potencia aparente es el producto de la tensión por la
corriente:
S=V*I
Con la única diferencia de que en la máquina de CD la
potencia aparente toma el nombre también de potencia
activa, pues no existe potencia reactiva. La potencia
aparente de una máquina polifásica (varias fases)
balanceadas, es el producto de la tensión de fase (Vf),
por la corriente de fase (If) y por el factor de fase “K”.
S nφ = K * Vf * If
S 3φ = √3 * Vf * If
Para sistema trifásico K = √3
S 1φ = 1 * Vf * If
Para sistema monofoaiscos K = 1
Para conexiones Estrella If = Ilinea, y en conexión
triángulo Vf = Vlinea
Las unidades de la potencia aparente para corriente
alterna son el Voltio-Amperio (VA), KVoltio – Amperio
(KVA) y el Mega Voltio – Amperio (MVA), y para
corriente continua son el Watts (W), el KWatts (KW) y el
mega Watts (MW).
b) Potencia Activa (W).- Es la parte de la potencia eléctrica
que realmente se transforma en el accionamiento
mecánico (Potencia Mecánica) o viceversa.
𝑆 =𝑊 +𝑄
En corriente alterna CA, si las tensiones y corrientes son
sinusoidales la potencia activa de la máuina (sea 1φ ó 3φ)
es el producto de la potencia aparente por el factor de
potencia (cosφ):
𝑄 = 𝑆 ∗ 𝑠𝑒𝑛φ
Q 1φ = V * I *sinφ
W 3φ = √3 * V * I *sinφ
W 1φ = V * I *cosφ
W 3φ = √3 * V * I *cosφ
Siendo φ el ángulo de desfase entre V e I:
Recordemos:
“Potencia reactiva Capacitiva = Potencia reactiva suministrada”
“Potencia reactiva Inductiva = Potencia reactiva Absorbida”.
Pero tomemos en cuenta que la potencia reactiva es una sola,
sino que por razones de facilidades prácticas se le ha puesto el
adjetivo de “Capacitivo” o “Inductivo”.
En corriente continua CD, debido a que las corrientes y
tensiones no varían, es lo mismo decir, potencia activa o
potencia aparente, puesto que φ=0°, entonces cosφ=1.
S CD = W CD = V CD * I CD *cosφ = V CD * I CD
Por su definición la potencia activa es equivalente a una
potencia a una potencia mecánica realmente disponible
y por lo tanto sus unidades son el Watts (W), el KWatts
(KW) y el mega Watts (MW).
En la práctica todavía se usa frecuentemente como
unidades de potencia mecánica el caballo fuerza del
término inglés Horse Power (1 hp = 745.69987 W)
c) Potencia Reactiva (Q).- Es la parte de la potencia
eléctrica que caracteriza a las máquinas de corriente
alterna, sean estas monofásicas (1φ) o polifásicas (nφ).
La potencia reactiva para tensiones y corrientes
sinusoidales es el producto de la potencia aparente por
el seno del ángulo de fase (senφ) e en valor absoluto está
dada por la fórmula:
𝑃𝑜𝑡 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 =
(𝑃𝑜𝑡. 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒) + (𝑃𝑜𝑡. 𝐴𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎)
𝑄=
𝑆 +𝑊
Las unidades son: el Voltio – amperio reactivo (VAR),
Kilo VAR (KVAR) y el Mega VAR (MVAR). . La teoría de
fasores cumple la trilogía vectorial cumple:
4.2 Tensión
Es la diferencia de potencia entre los bornes de salida
eléctrica en generadores y transformadores, y bornes de
entrada en los motores. En servicio normal la tensión es
función de la carga, en algunos casos dependen de los
órganos reguladores adicionales.
a) Tensión Nominal.- Es aquella para la cuál la máuina ha
sido diseñada, es la que aparece anotada en la placa y
para la cuál valen las garantías del fabricante, lo nominal
se designa con el subíndice N que acompaña al símbolo
de la tensión; entonces la tensión Nominal sería VN ó UN.
Para esta tensión nominal están previstas los aislantes,
resistencias térmicas y magnéticas de las partes
constructivas, protección adjunta, etc.
b) Tensión de servicio.- Es el valor de la tensión en los
bornes de la máquina cuando está en servicio, es decir,
es la tensión que va ceder si es generador o recibir y
ceder si es transformador o recibir si es motor, en lugar
donde se instalan.
La tensión de servicio máximo admisible es la tensión de
servicio más elevada que la máxima puede soportar y
generalmente llega a ser hasta un 15% superior a la
tensión nominal, si la máuina es instalada a alturas
inferiores a los 1000 msnm, entonces se cumple:
V servicio Máximo = V servicio <1000 m = 1.15 * VN
Para alturas mayores a los 1000 msnm, a esta tensión de
servicio máxima se multiplica por un factor de corrección
menor que la unidad “FC < 1”, con lo que tenemos:
V servicio <1000 m = 1.15 * FC * VN
Los factores de corrección podemos tomar de la tabla:
ser bastante breve < 1 minuto para que no haya daño a los
arrollamientos.
4.4 Factor de Potencia (cosφ)
Atura (m)
Factor de corrección FC
1000
2000
3000
4000
1.00
0.95
0.88
0.81
Es la relación entre la potencia activa y la potencia aparente,
siempre que las tensiones y las corrientes sean sinusoidales.
Ejemplo aclaratorio: si una máquina tiene una tensión
nominal de 220V, su tensión de servicio a una altura de
2500 msnm sería:
V servicio<1000 m = 1.15 * FC * VN
V servicio = 2500 m = 1.15 * 0.915 * 220
V servicio = 2500 m = 231 V
c) Tensión de prueba.- Es una tensión mayor del doble de la
tensión nominal que se aplica constantemente a la
máquina durante un minuto a la frecuencia nominal,
más de 1000 V. durante la prueba no debe producirse
falla en los aislamientos de la máquina. Así mismo, para
simular las sobretensiones de origen atmosférico, se
somete también a las grandes máquinas a una prueba
con la tensión de choque de unas 50 veces la tensión
nominal y con una duración muy corta de unos 50E-6
segundos.
4.3 Corriente Nominal (IN)
Es la corriente máxima que puede recibir o entregar la
maquina (según el caso) en condiciones normales de
funcionamiento. Las secciones de los conductores, se diseñan
de tal forma que el paso de la corriente nominal no genere en
ellas sobrecalentamientos excesivos, así como en las
protecciones y aislantes instalados en ellas.
En corriente alterna se define como función de potencia
nominal y tensión nominal:
Para 1φ ⇒
𝐼 =
Para 3φ ⇒
𝐼 =
=
√ ∗
∗
=
√ ∗
φ
∗
φ
SN = Potencia Nominal
WN = Potencia activa Nominal
cosφ = Factor de Potencia
En la práctica si la máquina se sobrecarga, la corriente
sobrepasa de un 10% al 25% de su valor nominal y eso está
permitido sólo si el tiempo de sobrecarga es corta.
Además se usa lo que llamamos: corriente de arranque, la
cuál es una corriente que aparece en el arranque de los
motores y llega a valores altos (2 IN a 5 IN) cuya duración debe
Todas las máquinas eléctricas requieren para su
funcionamiento de una corriente de excitación, que sirve para
crear el campo magnético. Esta es una corriente puramente
inductiva para ella le corresponde un consumo de energía
total (ó aparente) que recibe la máquina, una parte la usa
para la creación del campo (energía reactiva) y la otra parte
restante es la energía útil transformable en energía mecánica
(energía activa).
El factor de potencia FP = cosφ, nos indica la fracción de
potencia total (S) que corresponde a la potencia activa (W)
Factor de potencia = cosφ = =
=
El Factor de potencia FP = cosφ = 1cuando se usa máquinas de
corriente continua (frecuencia = 0).
Cuando la energía reactiva para crear el campo es generada
por la máquina misma y cubre exactamente sus necesidades
como en el caso de los generadores síncronos, el factor de
potencia FP = cosφ = 1.
Cuando el consumo de energía reactiva es absorbida de la
red, como en el caso de los transformadores o de las máuinas
asíncronas, el factor de potencia es siempre inferior a 1, según
el consumo de la energía activa.
Si la máquina además de cubrir sus propias necesidades de
energía reactiva genera un excedente que entrega a la red
(como en el caso del condensador) se dice que trabaja
sobreexcitada. Si por el contrario, la máquina no cubre las
necesidades propias y absorbe de la red parte de su consumo
de energía reactiva (como una bobina de reactancia) se dice
que trabaja subexitada.
En contraste, para los transformadores y los motores
asíncronos, el factor de potencia es función de la carga que
alimenta, o sea, de las exigencias reales; a valores a plena
carga corresponde factores altos ya valores e vacio
corresponde factores de potencia muy bajas. Esta disminución
no es debido a una disminución en el consumo de energía
reactiva, sino exclusivamente a la disminución de la energía
activa. (ver el triangulo fasorial).
El factor de potencia influye directamente sobre las pérdidas,
pues a menores valores del FP crece las pérdidas, o sea baja el
rendimiento, Esto a su vez influye en el proyecto o sea en el
dimensionamiento.
4.5 Frecuencia
Es el número de oscilaciones periódicas completas de la onda
fundamental durante un segundo. La frecuencia se expresa en
períodos por segundo o simplemente en ciclos. En las
máquinas de corriente continua la frecuencia es cero.
En los generadores de corriente alterna la frecuencia esta
dada por:
𝑓=
𝑃∗𝑛
60
Donde: P = Pares de polos de la máquina
n = revoluciones por minuto (rpm)
La frecuencia nominal para toda máquina de corriente alterna
en nuestro país es de 50 Ciclos por segundo (HZ), de la
formula podemos decir que la frecuencia es proporcional a la
velocidad rpm.
4.6 Rendimiento (EFF)
Es la medida de la capacidad que tiene el motor de convertir
la energía eléctrica en energía mecánica. Es decir el cociente
de la potencia mecánica disponible en el eje del motor entre
la potencia que toma de la línea de alimentación (ambos
expresados en las mismas unidades).
𝐸𝐹𝐹% =
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
∗ 100
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
4.7 Par de rotación (Torque)
La suma de los momentos de las fuerzas periféricas con
respecto al eje geométrico de la máquina, constituye el
llamado par de rotación – o simplemente par (torque) – deñ
motor, que es su efecto de giro utilizable. El par se conoce
también como torque (del latín torquere, torcer), y se
representa por T.
La expresión básica de la potencia mecánica (P) generada por
un motor es P=T*n, donde n es la velocidad de rotación en
radianes por segundo (rad/s) y P resulta en Watts si T, se
expresa en metros - newton.
Si n estaría expresada en rpm, se obtiene la siguiente
expresión:
𝑃=
4.8 Velocidad
Para motores de inducción monofásicos y trifásicos, las
frecuencias de rotación (velocidad angular) sincrónicas, están
en función del número de polos y de la frecuencia eléctrica.
Esta velocidad de rotación (RPM), es la del eje del motor
cuando se entrega la potencia nominal a la máquina
impulsada, con el voltaje y la frecuencia nominales aplicados a
las terminales del motor (velocidad nominal).
En la siguiente tabla se muestran las velocidades sincrónicas
de un motor en función del número de polos para una
frecuencia eléctrica fija de 50 Hz.
N° de Polos
Frecuencia de rotación
(velocidad en RPM) con 50 Hz
Potencia mecánica de salida = Potencia eléctrica de entrada Pérdidas
En este contexto, la NEMA (MG1-1967), recomendó marcar la
placa de los motores trifásicos con la eficiencia nominal
NEMA. En la siguiente tabla (12-4 de la MG1-12.53b) se
muestra la eficiencia nominal para motores trifásicos diseño
NEMA B (comúnmente utilizados en YPFBL):
HP
5
10
25
50
75
100
150
200
250
Rango de eficiencia
nominal
78 – 85
81 – 88
85 – 90
88 – 92
89.5 – 92.5
90 – 93
91 – 93.5
91.5 – 94
91.5 – 94.5
Eficiencia nominal
promedio
82
85
88
90
91
91.5
92.5
93
93.5
𝑇 ∗ (2 ∗ π ∗ 𝑛) 2 ∗ π
=
𝑇∗𝑛
60
60
2
3000
4
1500
6
1000
8
750
Para determinar la velocidad sincrónica se hace uso de la
siguiente ecuación:
RPM = (120 * f)/ p
Donde RPM:
Velocidad del motor síncrono,
rev/ min
f:
p:
Frecuencia eléctrica,
HZ
Número de polos
Ejemplo, Sea un Motor eléctrico de: 2 polos, para una
frecuencia eléctrica de 50 HZ, Determinar las RPM.
RPM = (120 * 50) / 2 = 3000
Comúnmente a los motores de velocidades cercanas o
mayores a 3000 RPM, se les llama motores de alta, a los
menores de 1.000 RPM se les llama de baja revoluciones.
(Debido a que existen motores a dos velocidades)
4.9 Efecto volante
La inercia mecánica del rotor de un motor eléctrico y de la
carga impulsada por éste, influye en la potencia necesaria de
la máquina motriz y en las condiciones de arranque,
aceleración y desaceleración. El momento de inercia (J) de un
cuerpo rotatorio con respecto a un eje dado se evalúa en
mecánica con la expresión:
𝐽 =𝑀∗𝐾
En donde M es la masa del cuerpo y k es una distancia radial
ficticia, radio de inercia(o “de giro”), que se determina para
los diferentes cuerpos mediante la expresión √(J/M).
“Al circular una corriente eléctrica I, por un conductor se
produce en campo magnético de intensidad H alrededor de
él”
Conversión electromecánica en un motor
La causa fundamental del funcionamiento de un motor
eléctrico es la interacción de un campo magnético y un
conductor rectilíneo activado con corriente e inmerso en
aquel, lo que origina la aparición de una fuerza que hace
mover el conductor a través del campo. Tal efecto
(descubierto pos Michael Faraday, 1771 – 1867) se evalúa con
la fórmula:
𝐹 =𝐵∗𝐼∗𝐿
En la práctica se utiliza una cantidad proporcional a J que se
denomina efecto de volante (EV) y cuya expresión es:
𝐸𝑉 = 𝑀 ∗ 𝑅
En la que M es el peso (masa) del cuerpo giratorio (en
Kilogramos) y R es un radio representativo (en metros).
4.10
Campo Magnético
El campo magnético es el medio fundamental con la que los
motores, generadores y trasformadores conviertan su energía
de una forma a otra, o de un nivel de voltaje a otra. La forma
de actuar del os campos magnéticos se deduce de las leyes de
Maxwell y los parámetros correspondientes a los diferentes
materiales magnéticos recorridos por dichos campos. Se
desprecian la interacción de las corrientes de desplazamiento
en las leyes de Maxwell debido a que las frecuencias de 50HZ
y 60 HZ usados en las máquinas eléctricas son bajas y en
consecuencia se considera la conversión casi estática, para
todos los efectos de cálculo. A partir de lo expuesto, la
manera como el campo actúa en las diferentes máquinas
eléctricas, se pueden describir mediante los cuatro principios
básicos:
1.
2.
3.
4.
Al circular corriente por un conductor se produce un
campo magnético alrededor de él. Esta es la base de la
producción de Campo Magnético.
Si a través de una espira se pasa un campo magnético
variable con el tiempo, se induce un voltaje en dicha
espira. Esta es la base de la: Acción Transformadora.
Si un conductor por se encuentra dentro de un campo
magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor.
Esta es la base de la Acción Motora
Cuando un conductor en movimiento se encuentra
inmerso dentro de un campo magnético, en dicho
conductor se induce un voltaje. Esta es la base de la
acción Generadora.
La ley básica que gobierna la producción de un campo
magnético, por una corriente eléctrica es la ley de Ampere,
que establece lo siguiente:
Donde la F es la fuerza ejercida sobre el conductor, B es la
inducción magnética (densidad de flujo), I es la intensidad de
la corriente, y L es la longitud del conductor. Entre F, B, e I
existe una perpendicularidad mutua. Si B se mide en teslas, I
en Amperes y L en Metros, F resulta en Newtons.
Dada la colocación de los conductores activos en el rotor de
un motor de CD o en uno de inducción, el resultado es un
conjunto de fuerzas tangenciales a la periferia cilíndrica del
rotor, que tienden a producir el giro de éste. En el motor de
CD la corriente entra al rotor desde la alimentación exterior a
través de las escobillas y el conmutador. En el motor de
inducción, la corriente en las barras o conductores de rotor es
inducida por el corte del campo magnético rotatorio creado
por el estator, y dicho cortes se produce por la diferencia de
velocidad entre el campo y las barras. Este efecto fue
estudiado y aplicado por Nikola Tesla (1856 – 1943)
5. CONCLUSIONES
El conocimiento de los conceptos básicos sobre las
máquinas eléctricas máquinas es fundamental para el
desenvolvimiento del personal relacionado a estos
equipos, este tema puede ser tan amplio como se
quiera profundizar. En este boletín se mostró sólo de
forma general los tópicos y conceptos suficientes para
conocer de mejor manera las máquinas eléctricas que
existen en nuestra empresa.
6. REFERENCIAS
• Hélio Creder, “Instalacòes electricás”, 10ª edicao, Livros
Técnicos e Científicos Editora Ltda., Sao Pablo, 1989.
• Stephen J. Chapman, “Máquinas Eléctricas”, McGraw – Hill,
México, 1988
• M. Kuznetsov, “Fundamentos de Electrotecnia”, MIR –
Moscú, URSS 1972.
Dedicado a: mi amigo Arnaldo Arze Mattaz
7. AN
NEXOS
AN
NEXO I
DEESPIECE DE UN
U MOTOR ELLECTRICO
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Protector de eje
Anillo V laado accionamiento
o
Escudo lado accionamiento
o
Cojinete lado A
Carcaza
b
Placa de bornes
Tornillo de fijación placa dee bornes
Junta cajaa de bornes
Caja de bo
ornes
Tornillo fijación placa de bo
ornes
Tapa caja de bornes
Tornillo de fijación tapa caja de bornes
Junta cajaa tapa de bornes
Terminal de puesta de tierrra
Tapón salida de cables
Tapón salida de cables
JOSE LUIS RODRIGUEZ LOPEZ
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Chaveta
Rotor complleto
Cojinete lado
o ventilador
Arandela mu
uelle
Escudo lado contrario accionaamiento
Directriz de aire
Tornillo de fijación directriz
Ventilador
o
Perno de fijación escudo lado contrario
nto
accionamien
Perno de fijaación escudo lado accionamiento
Perno de fijaación patas
Patas
Arandela de fijación patas
Perno de fijaación patas