Download - ypfb logistica sa
Document related concepts
Transcript
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