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Fundamento Terico.

CAPITULO IAntecedentes. Descripcin General Del Funcionamiento De Un Motor Elctrico. Clasificacin Y Tipos De Motores Elctricos. Temas Fundamentales Para La Comprensin Del Fenmeno Electromagntico.

CAPITULO I1. Antecedentes.El principio de la conversin de la energa elctrica en energa mecnica por medios electromagnticos fue demostrado por el cientfico britnico Michael Faraday en 1821 y consistido en un alambre libre que cuelga sumergido en una piscina de mercurio. Un imn permanente fue colocado en el medio de la piscina del mercurio. Cuando el imn fue pasado frente al alambre, el alambre rotaba alrededor del imn, demostrando que la corriente dio lugar a un campo magntico circular alrededor del alambre. Este motor se demuestra a menudo en clases de la fsica de la escuela, pero se utiliza salmuera (agua salada) a veces en lugar del mercurio txico. sta es la forma ms simple de una clase de los motores elctricos llamados motores homopolar. Un ltimo refinamiento ms fue la Rueda de Barlow. stos eran dispositivos de demostracin, que eran inadecuados a los usos prcticos debido a la energa limitada.

Durante los aos siguientes, muchos cientficos continuaron con los intentos por desarrollar un motor elctrico con un uso prctico. Aunque varios de estos motores fueron construidos y utilizados para funcionar en equipos tales como prensas, debido al alto coste de energa de las bateras primarias (corriente continua) los motores eran comercialmente un fracaso y arruinaban su produccin, pues aun no haba una red de distribucin de electricidad accesible. En 1888, Nikola Tesla invent el primer practicable Motor de CA y con l el sistema polifsico de la transmisin de energa. Tesla continu su trabajo en el motor de CA en los aos siguientes para seguir en la compaa de Westinghouse.

Michael Faraday.Fsico y Qumico Britnico. Faraday es conocido sobre todo por las aportaciones en el campo de la electroqumica, fue el descubridor de la induccin y del efecto que lleva su nombre sobre el giro del plano de polarizacin de la luz por efecto de un campo magntico. Faraday naci en la localidad de Newington Butts, situada cerca de Londres en 1791. Perteneci a una familia humilde, aprendi a leer y a escribir una escuela de catequesis y debido a las dificultades econmicas, desde los 14 aos trabaj como aprendiz en un taller de encuadernacin. En sus ratos libres aprovechaba y lea los libros que le llevaban a encuadernar, interesndose especialmente por los dedicados a la fsica y la qumica. Despus de unos aos, gracias a la oportunidad que le dio un cliente, pudo asistir a las conferencias sobre temas de qumica que Humphry Davy daba en Royal lnstitution. Faraday le hizo llegar, encuadernadas, todas las notas que haba tomado a lo largo de estas sesiones, acompaadas de una peticin de

empleo. Satisfecho con el material que Faraday le haba enviado, Davy lo contrat en 1812, como asistente. Comenz su actividad realizando labores de mantenimiento, para pasar posteriormente a colaborar con el maestro en la preparacin de las prcticas de laboratorio; de esta manera, se convirti en uno ms de sus discpulos. En 1813, Faraday acompa como ayudante a Davy en un ciclo de conferencias que ste imparta por el extranjero; a su regreso continu desempeando sus tareas de asistente, al tiempo que comenz a investigar de manera autnoma, centrndose inicialmente en el estudio de la qumica. Dentro de las principales aportaciones en este mbito se encuentra la obtencin de los primeros compuestos conocidos de carbono y cloro: el hexacloroetano (C2C16) y tetracloroetano (C2C4), que llev a cabo a principios de los aos veinte. Asimismo descubri el benceno en el gas de alumbrado, y consigui licuar el cloro y/o gases, como el amoniaco y los anhdridos carbnico y sulfuroso. A partir de 1821 Faraday se consagr al estudio de la electricidad y del magnetismo, campos donde iba a conseguir sus ms grandes logros. Las investigaciones realizadas por Faraday le llevaron a proponer una teora unificada, segn la cual todas las fuerzas de la naturaleza luz, electricidad, magnetismo se reducen a una sola. Con el tiempo, sus descubrimientos llegaran a tener consecuencias muy importantes, pues facilitaron el desarrollo de la tcnica actual de produccin y distribucin de energa elctrica, revolucionaron la electroqumica y abrieron paso a la teora electromagntica J. C. Maxwell. Nombrado profesor de la Royal lnstitution en 1827, entre 1829 y 1930 compagin el cargo con el de profesor en la academia militar de Woolwich Miembro de la Royal Society de Londres y de las Academias de Ciencias de Pars, a pesar de todos sus xitos y de su reconocimiento pblico, Faraday se neg a recibir ciertos honores rechaz, por ejemplo, el ttulo de Sir que le ofreci la reina Victoria. En 1903 se fund en su honor la Faraday Society. Leyes De Faraday Sobre La Electrlisis.

Fueron enunciadas por l en 1834, a partir de una serie de estudios experimentales sobre el fenmeno de la descomposicin de sustancias qumicas por la accin de una corriente elctrica, fenmeno al cual denomin electrlisis. Las dos leyes fundamentales de la electroqumica formuladas por Faraday fueron las siguientes:

La cantidad de sustancia depositada al paso de una corriente elctrica es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la disolucin. Para una cantidad de electricidad determinada, la cantidad de sustancia depositada es proporcional a su equivalente-gramo. Las leyes de Faraday han permitido calcular la carga elemental de electricidad, es decir la carga del electrn, mediante la utilizacin del nmero de Avogadro (N = 6,06 x 10). Este nmero representa los iones positivos o negativos que se han formado en cada tomo-gramo de una sustancia ionizada. Faraday introdujo tambin los trminos de nodo y ctodo, para designar respectivamente los electrodos positivo y negativo. El Descubrimiento De La Corriente Electromagntica. Gracias a los trabajos de Ampre y Oersted, Faraday conoca que una corriente elctrica generaba campos magnticos. En 1831 intent reproducir este proceso, pero en sentido inverso, es decir, produciendo una corriente elctrica a de efectos electromagnticos. La existencia de las corrientes inducidas fue descubierta por Faraday a partir de la realizacin de distintos experimentos. En primer lugar, consigui hacer una corriente elctrica por un alambre unido a un galvanmetro, al producir un movimiento, relativo entre el alambre y un imn. Observ que, al interrumpir el movimiento, el paso de la corriente tambin cesaba, y en el galvanmetro no registraba corriente alguna. La corriente es generada por una fuerza electromotriz inducida, es decir por el imn. Posteriormente, utilizando los resultados de sus anteriores estudios, Faraday descubri el principio del motor elctrico, al hacer girar un imn

situado sobre pivote alrededor de una bobina de alambre de cobre; como en el caso anterior a travs de este procedimiento se generaba una corriente elctrica. La induccin electromagntica se basa fundamentalmente en que cualquier variacin de flujo magntico que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente inducida, y en que la corriente inducida slo permanece mientras se produce el cambio de flujo magntico. El Descubrimiento De La Primera Dinamo. Fue llevado a cabo a partir de dos imanes de barra que generaban un campo magntico, y entre los cuales hizo girar un disco de cobre colocado sobre un eje. De esta manera obtuvo un flujo continuo de corriente elctrica inducida. Este experimento le condujo a introducir el concepto de lneas de fuerza elctricas y magnticas, y un concepto nuevo del espacio como medio capaz de mantener dichas fuerzas. Ide la denominada jaula de Faraday, recinto de paredes conductoras continuas o en malla, conectadas a tierra, que aslan el interior de los efectos de los campos elctricos exteriores, y viceversa. Este dispositivo se utiliza para proteger espacios que contienen materias inflamables, conducciones de alta tensin y circuitos electrnicos entre los que puedan producirse acoplamientos indebidos. Faraday logr crear una corriente elctrica inducida mediante la fabricacin de un transformador compuesto por un ncleo de hierro con forma de anillo, en el cual estaban enrolladas dos bobinas de alambre separadas entre s. La corriente alterna que circula por una bobina produce en el anillo de hierro un flujo alterno que genera en la otra bobina una corriente elctrica inducida. El Efecto Faraday. Faraday llev a cabo este descubrimiento en 1845. Consiste en la desviacin del plano de polarizacin de la luz como resultado de un campo magntico, al atravesar un material transparente como el vidrio. Se trataba del primer caso conocido de interaccin entre el magnetismo y la luz.

Nikola Tesla, El Genio.Nikola Tesla (Croacia, 10 de julio de 1856 Nueva York, 7 de enero de 1943), fue un inventor, elctrico comercial. Se lo conoce, sobre todo, por sus numerosas y revolucionarias invenciones en el campo del electromagnetismo, desarrolladas a finales del siglo XIX y principios del siglo XX. Las patentes de Tesla y su trabajo terico formaron las bases de los sistemas modernos de potencia elctrica por corriente alterna (CA), incluyendo el sistema polifsico de distribucin elctrica y el motor de corriente alterna, que tanto contribuyeron al nacimiento de la Segunda Revolucin Industrial. Tesla era tnicamente serbio y naci en el pueblo de Smiljan, en el Imperio austriaco (actual Croacia). Era ciudadano del imperio austriaco por nacimiento y ms tarde se convirti en ciudadano estadounidense. Tras su demostracin de comunicacin inalmbrica por medio de ondas de radio en 1894 y despus de su victoria en la guerra de las corrientes, fue ampliamente reconocido como uno de los ms grandes ingenieros elctricos de Amrica. Gran parte de su trabajo inicial fue pionero en la ingeniera elctrica moderna y muchos de sus descubrimientos fueron de suma importancia. Durante este periodo en los Estados Unidos la fama de Tesla rivalizaba con la de cualquier inventor o cientfico en la historia o la cultura popular, pero debido a su personalidad excntrica y a sus afirmaciones aparentemente increbles y algunas veces inverosmiles, acerca del posible desarrollo de innovaciones cientficas y tecnolgicas. Tesla fue finalmente relegado al ostracismo y considerado un cientfico loco. Tesla nunca prest mucha atencin a sus finanzas. Se dice que muri empobrecido a la edad de 86 aos. ingeniero y uno de mecnico los e ingeniero ms promotores

importantes del nacimiento de la electricidad

La unidad de medida del campo magntico B del Sistema Internacional de Unidades (tambin denominado densidad de flujo magntico e induccin magntica), el Tesla, fue llamado as en su honor en la Confrence Gnrale des Poids et Mesures (Pars, en 1960), como tambin el efecto Tesla de transmisin inalmbrica de energa a dispositivos electrnicos (que Tesla demostr a pequea escala con la lmpara incandescente en 1893) el cual pretenda usar para la transmisin intercontinental de energa a escala industrial en su proyecto inconcluso, la Wardenclyffe Tower (Torre de Wardenclyffe). Aparte de su trabajo en electromagnetismo e ingeniera electromecnica, Tesla contribuy en diferente medida al desarrollo de la robtica, el control remoto, el radar, las ciencias de la computacin, la balstica, la fsica nuclear, y la fsica terica. En 1943, la Corte Suprema de los Estados Unidos lo acredit como el inventor de la radio. Algunos de sus logros han sido usados, no sin controversia, para justificar varias pseudociencias, teoras sobre OVNIS y sobre anti-gravedad, as como el ocultismo de la Nueva era y teoras sobre la teletransportacin. Desde el punto de vista tcnico, el desarrollo de los motores elctricos hasta nuestros das, ha sido notable gracias a los avances logrados en muchos campos de la ingeniera de maquinas elctricas, tales como nuevos conceptos de diseo, nuevos procesos de manufactura y nuevos materiales disponibles. Esto ha trado como consecuencia un mejor funcionamiento y una continua reduccin en tamao.

Motores Elctricos.Los Motores y generadores elctricos, son un grupo de mquinas que se utilizan para convertir la energa mecnica en elctrica, o a la inversa, con medios electromagnticos. A una mquina que convierte la energa mecnica en elctrica se le denomina generador, alternador o dnamo, y a una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica se le denomina motor.

Dos

principios

fsicos

relacionados

entre

s,

sirven

de

base

al

funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la induccin, descubierto por el cientfico e inventor britnico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a travs de un campo magntico, o si est situado en las proximidades de un circuito de conduccin fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a ste fue observado en 1820 por el fsico francs Andr Marie Ampre. Si una corriente pasaba a travs de un conductor dentro de un campo magntico, ste ejerca una fuerza mecnica sobre el conductor. La mquina dinamoelctrica ms sencilla es la dinamo de disco desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un imn de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del disco y su borde debido a la accin del campo del imn. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicacin de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por la reaccin magntica.

El campo magntico de un imn permanente es lo suficientemente fuerte como para hacer funcionar una sola dinamo pequea o motor. Por ello, los electroimanes se emplean en mquinas grandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades bsicas: el campo magntico, que es el electroimn con sus bobinas, y la armadura, que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el campo magntico y transporta la corriente inducida en un generador, o la corriente de excitacin en el caso del motor. La armadura es por lo general un ncleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollan en bobinas los cables conductores. Leyes Elctricas Bsicas.

Cuando hablemos de tensin o voltaje, de frecuencia o ciclos y estos trminos se refieren a medidas y por tanto de las unidades de medida fundamentales en la electricidad, en estas notas mencionaremos cuatro, estas son: Voltio o Volt, Amperio o Ampere, Vatio o Watt y Ohmio u Ohm. La Ley De Ohm. VOLT o tensin, es la presin que requiere la corriente para circular. Se abrevia V y cuando se habla de grandes cantidades de ellos, se emplea el termino Kilovolt, que se abrevia KV y representa 1,000 voltios. En formulas elctricas se emplea para representarlo, la inicial E. Su nombre se le puso en honor a Alejandro, conde de Volta, fsico italiano autor de notables trabajos de electricidad e inventor de la pila que lleva su nombre. AMPERE o intensidad, es el flujo de la corriente, es decir, la corriente misma, la cantidad. Se abrevia A o amp. En las formulas elctricas se emplea, para representar a la intensidad de la corriente la inicial I. Su nombre se lo debe a Andre Marie Ampere, matemtico y fsico francs que creo la electrodinmica, invento el electroimn y el telgrafo electromagntico.

WATT o potencia de la corriente o de los aparatos, tanto de los que la producen, como de las que la consumen. Es la mayor o menor capacidad para efectuar un trabajo mecnico, trmico o qumico. Decimos que tanto de los que la producen, como de los que la consumen, porque se habr odo hablar de una planta de tantos watts, lo cual quiere decir, que dicha planta, produce la fuerza suficiente para mover aparatos que consuman esos tantos o cuantos watts para funcionar, asimismo se dice de una plancha, una parrilla, un foco incandescente, un horno de microondas, etc., de tantos watts, o lo que es lo mismo que el aparato necesita de esos tantos watts para efectuar su trabajo. Se emplean tambin las iniciales KW, MW y GW que quieren decir KILOWATT, MEGAWATT y GIGAWATT y que corresponden a 1,000 watts, 1,000,000 watts y 1,000,000,000 watts respectivamente. Esa potencia es la energa que se consume o genera en la unidad de tiempo, es decir, un foco incandescente de 40 watts, consume esos 40 watts en una hora, una parrilla de

1,000 watts (1 KW), consume dichos 1,000 watts en una hora; lo que equivale a que, para que la parrilla consuma 1 KW, deber estar prendida una hora, en cambio, para que el foco consuma esa misma cantidad de kilowatts necesitara estar prendido 25 horas, por lo tanto para medir energa consumida, es necesario unir las dos medidas, la de la energa y la de tiempo y debe decirse entonces un watt-hora, para uno y emplear las mismas iniciales y trminos indicados arriba aadindole la letra h, o sea KWH, MWH y GWH. El nombre se le puso en honor del fsico ingles James Watt. OHM o resistencia es la mayor o menor resistencia que ofrecen los conductores al paso de la corriente, al igual que las paredes de un tubo oponen resistencia al paso del agua por la friccin que se produce entre esta y aquellas. No tiene abreviatura; se designa con la letra R o con la letra griega omega (). El nombre es en honor de fsico alemn Jorge Ohm, que formulo las leyes fundamentales de las corrientes elctricas.

Clasificacin General De Los Motores Elctricos.Un motor elctrico es esencialmente una mquina que convierte energa elctrica en movimiento o trabajo mecnico, a travs de medios electromagnticos. Debido a que son muchos y variados los tipos de motores elctricos, existen numerosas formas de catalogarlos. A continuacin se muestran algunas de las formas ms usuales: Por su alimentacin elctrica. Por el nmero de fases en su alimentacin. Por su sentido de giro. Por su flecha. Por su ventilacin. Por su carcasa. Por la forma de sujecin. Clasificacin por su alimentacin elctrica

M.E.

Corriente directa la corriente no varia con el tiempo. Corriente alterna la corriente varia con respecto al tiempo. Universales son de velocidad variable.

Clasificacin Por Su Sentido De Giro.Sentido horario. M.E. Sentido antihorario.

Clasificacin por su flecha.Flecha solida M.E. Flecha hueca

Clasificacin por el nmero de fases en su alimentacin.Rotor devanado Repulsin Jaula de ardilla Fase partida Fase partida con condensador Polo de sombra Histresis

Monofsico

* tienen problemas para arrancar. * tienen devanado de arranque. * tiene derivado de trabajo.

M.E.

Bifsico

Rotor devanado Jaula de ardilla

* solo tiene devanado de arranque o trabajo. * no tienen devanado de arranque.

Rotor devanado Trifsico Jaula de ardilla

* solo tiene devanado de arranque o trabajo. * no tienen devanado de arranque.

Clasificacin por su ventilacin.

Ventilados M.E. Autoventilados tiene el ventilador en su rotor.

Clasificacin por su carcasa.Cerrada. Abierta. Aprueba de goteo (chorro de agua). Aprueba de explosin. Sumergible.

M.E.

Clasificacin por su forma de sujecin.Brida lateral.

M.E.Brida frontal.

Fundamentos De Operacin De Los M.E.En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las lneas de fuerza de un imn. Un motor para funcionar se vale de las fuerzas de atraccin y repulsin que existen entre los polos.

De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnticos iguales se

repelen, y polos magnticos diferentes se atraen, produciendo as el movimiento de rotacin. Un motor elctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de induccin, descubierto por Michael Faraday en 1831; que seala, que si un conductor se mueve a travs de un campo magntico o est situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente elctrica en el primer conductor.

Y el principio que Andr Ampre observo en 1820, en el se que establece: que si una corriente pasa a travs de un conductor situado en el interior de un campo magntico, ste ejerce una fuerza mecnica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor. Tipos Y Caractersticas Existen bsicamente tres tipos de motores elctricos: a) Los Motores de Corriente Directa [C.D.] o Corriente Continua [C.C.]. Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, adems, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o bateras. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo numero de polos y el mismo numero de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos: Serie Paralelo Mixto

b) Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]. Son los tipos de motores ms usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribucin de energas normales. De acuerdo a su alimentacin se dividen en tres tipos: Monofsicos (1 fase) Bifsicos (2 fases) Trifsicos (3 fases)

c) Los Motores Universales. Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que esta diseado para funcionar con corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja (del orden del 51%), pero como se utilizan en maquinas de pequea potencia, sta no se considera importante, adems, su operacin debe ser intermitente, de lo contrario, ste se quemara. Estos motores son utilizados en taladros, aspiradoras, licuadoras, etc. La primera de las clasificaciones que podemos hacer es en funcin del tipo de alimentacin, as tenemos los motores de corriente continua y los de alterna. Veamos una breve explicacin de estas dos grandes familias de motores.

Motores De Corriente Continua.Son de gran facilidad para la regulacin de velocidad, cambios o inversiones rpidas de la marcha, y sin necesidad de equipos costosos es posible efectuar control automtico de torques y velocidades. Por las ventajas descritas anteriormente se utilizan primordialmente en industrias Papeleras, Textileras, Qumicas, Siderrgicas y Metalrgicas. En estos motores, el estator est formado por polos principales y auxiliares

excitados por corriente continua, as mismo el rotor se alimenta con corriente continua mediante el colector de delgas y las escobillas. Si una armadura gira entre dos polos de campo fijos, la corriente en la armadura se mueve en una direccin durante la mitad de cada revolucin, y en la otra direccin durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en una direccin, o continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolucin.

Dependiendo de la forma en que se alimentan los devanados del estator se clasifican: En derivacin: El estator se alimenta con la misma tensin que el inducido. Independiente: El estator y el inducido se alimentan con fuentes separadas o independientes. En serie: El estator y el inducido se conectan de modo tal que por ellos circule la misma corriente. Compound: Es una combinacin de las conexiones en serie y en derivacin.

En las mquinas antiguas esta inversin se llevaba a cabo mediante un conmutador, un anillo de metal partido montado sobre el eje de una armadura. Las dos mitades del anillo se aislaban entre s y servan como bornes de la bobina. Las escobillas fijas de metal o de carbn se mantenan en contra del conmutador, que al girar conectaba elctricamente la bobina a los cables externos. Cuando la armadura giraba, cada escobilla estaba en contacto de forma alternativa con las mitades del conmutador, cambiando la posicin en el momento en el que la corriente inverta su direccin dentro de la bobina de la armadura. As se produca un flujo de corriente de una direccin en el circuito exterior al que el generador estaba conectado. Los generadores de corriente continua funcionan normalmente a voltajes bastante bajos para evitar las chispas que se producen entre las escobillas y el conmutador a voltajes altos. El potencial ms alto desarrollado para este tipo de generadores suele ser de 1.500 V. En algunas mquinas ms modernas esta inversin se realiza usando aparatos de potencia electrnica, como por ejemplo rectificadores de diodo. Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran nmero de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del ncleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador mltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentar y disminuir dependiendo de la parte del campo magntico a travs del cual se est moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a travs de un rea de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prcticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o ms polos electromagnticos que aumentan el tamao y la resistencia del campo magntico. En algunos casos, se aaden interpolos ms pequeos para

compensar las distorsiones que causa el efecto magntico de la armadura en el flujo elctrico del campo. En general, los motores de corriente continua son similares en su construccin a los generadores. De hecho podran describirse como generadores que funcionan al revs. Cuando la corriente pasa a travs de la armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas por la reaccin magntica, y la armadura gira. La accin del conmutador y de las conexiones de las bobinas del campo de los motores son exactamente las mismas que usan los generadores. La revolucin de la armadura induce un voltaje en las bobinas de sta. Este voltaje es opuesto en la direccin al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ah que se conozca como voltaje inducido o fuerza contra electromotriz. Cuando el motor gira ms rpido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequea, y la velocidad del motor permanecer constante siempre que el motor no est bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecnico que no sea el requerido para mover la armadura. Bajo carga, la armadura gira ms lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en la armadura. El motor puede as recibir ms potencia elctrica de la fuente, suministrndola y haciendo ms trabajo mecnico. Debido a que la velocidad de rotacin controla el flujo de la corriente en la armadura, deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de corriente continua. Cuando la armadura est parada, sta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal, se producir una gran corriente, que podra daar el conmutador y las bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daos es el uso de una resistencia de encendido conectada en serie a la armadura, para disminuir la corriente antes

de que el motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto de forma manual como automtica. La velocidad a la que funciona un motor depende de la intensidad del campo magntico que acta sobre la armadura, as como de la corriente de sta. Cuanto ms fuerte es el campo, ms bajo es el grado de rotacin necesario para generar un voltaje inducido lo bastante grande como para contrarrestar el voltaje aplicado. Por esta razn, la velocidad de los motores de corriente continua puede controlarse mediante la variacin de la corriente del campo. Clasificacin Motores De Corriente Continua Motores De Corriente Contina De Imn Permanente. Existen motores de imn permanente (PM, permanent magnet), en tamaos de fracciones de caballo y de nmeros pequeos enteros de caballos. Tienen varias ventajas respecto a los del tipo de campo devanado. No se necesitan las alimentaciones de energa elctrica para excitacin ni el devanado asociado. Se mejora la confiabilidad, ya que no existen bobinas excitadoras del campo que fallen y no hay probabilidad de que se presente una sobre velocidad debida a prdida del campo. Se mejoran la eficiencia y el enfriamiento por la eliminacin de prdida de potencia en un campo excitador. As mismo, la caracterstica par contra corriente se aproxima ms a lo lineal. Un motor de imn permanente (PM) se puede usar en donde se requiere un motor por completo encerrado para un ciclo de servicio de excitacin continua. Excitacin Independiente: Los motores de excitacin independiente tienen como aplicaciones industriales el torneado y taladrado de materiales, extrusin de materiales

plsticos y goma, ventilacin de horno, retroceso rpido en vaco de ganchos de gras, desenrollado de bobinas y retroceso de tiles para serrar. El motor de excitacin independiente es el ms adecuado para cualquier tipo de regulacin, por la independencia entre el control por el inductor y el control por el inducido. El sistema de excitacin ms fcil de entender es el que supone una fuente exterior de alimentacin para el arrollamiento inductor. En la siguiente figura, se representa el inducido por un crculo; la flecha recta interior representa el sentido de la corriente principal y la flecha curva, el sentido de giro del inducido; el arrollamiento inductor o de excitacin, se representa esquemticamente, y el sentido de la corriente de excitacin, por medio de una flecha similar.

Motores De Corriente Contina Autoexcitacin: El sistema de excitacin independiente, solamente se emplea en la prctica en casos especiales debido, sobre todo, al inconveniente de necesitar una fuente independiente de energa elctrica. Este inconveniente puede eliminarse con el denominado principio dinamoelctrico o principio de autoexcitacin, que ha hecho posible el gran desarrollo alcanzado por las mquinas elctricas de corriente contina en el presente siglo.

Excitacin Serie: Es el motor cuya velocidad disminuye sensiblemente cuando el par aumenta y cuya velocidad en vaco no tiene lmite tericamente. Los motores con excitacin en serie son aquellos en los que el inductor esta conectado en serie con el inducido. El inductor tiene un nmero relativamente pequeo de espiras de hilo, que debe ser de seccin suficiente para que se pase por l la corriente de rgimen que requiere el inducido. En los motores serie, el flujo depende totalmente de la intensidad de la corriente del inducido. Si el hierro del motor se mantiene a saturacin moderada, el flujo ser casi directamente proporcional a dicha intensidad. Excitacin En Paralelo (Shunt): El generador con excitacin shunt suministra energa elctrica a una tensin aproximadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tan constante como en el caso del generador con excitacin independiente. Cuando el circuito exterior est abierto, la mquina tiene excitacin mxima porque toda la corriente producida se destina a la alimentacin del circuito de excitacin; por lo tanto, la tensin en bornes es mxima. Cuando el circuito exterior est cortocircuitado, casi toda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la excitacin es mnima, la tensin disminuye rpidamente y la carga se anula. Por lo tanto, un cortocircuito en la lnea no compromete la mquina, que se desexcita automticamente, dejando de producir corriente. Esto es una ventaja sobre el generador de excitacin independiente en donde un cortocircuito en lnea puede producir graves averas en la mquina al no existir ste efecto de desexcitacin automtica. Compuesta:

Es el motor cuya velocidad disminuye cuando el par aumenta y cuya velocidad en vaco es limitada. Las caractersticas del motor Compuesta estn comprendidas entre las del motor de derivacin y las del motor en serie. Los tipos de motor Compuesta son los mismos que para los generadores, resumindose el aditivo y el diferencial. El motor en Compuesta es un trmino medio entre los motores devanados en serie y los de en derivacin. En virtud de la existencia del devanado en serie, que ayuda al devanado en derivacin, el flujo magntico por polo aumenta con la carga, de modo que el par se incrementa con mayor rapidez y la velocidad disminuye ms rpidamente que si no estuviera conectado el devanado en serie; pero el motor no se puede desbocar con cargas ligeras, por la presencia de la excitacin en derivacin.

Motores De Corriente AlternaMotores De Induccin (Asncronos) Una vez conocidos los motores de CC, se van a describir seguidamente los principios bsicos y formas de operacin de uno de los modelos que cuenta con un elevado nmero de aplicaciones, se trata del tipo asncrono excitado por una corriente alterna, tambin conocido como motor de induccin. El principio de funcionamiento de estos motores esta basado en los experimentos de Ferraris en el ao 1885, el cual coloco un imn de herradura, con un eje vertical, que le permita girar libremente en las proximidades de un disco metlico que tambin puede girar alrededor del mismo eje. Al hacer girar el imn, observo que, aunque no haba contacto, el disco metlico tambin giraba en el mismo sentido. Este fenmeno se debe a que la girar el imn se crea un campo magntico giratorio y aparecen sobre el disco unas corrientes elctricas inducidas las cuales recordando la ley de Lenz, tendern a crear a su vez otro campo magntico que se oponga la inicial; el efecto resultante es el

giro del disco, ya que de esta forma, los extremos del imn estarn siempre frente a las mismas zonas de aquel y la situacin volver a ser similar a la inicial, ya que al girar ambos con la misma velocidad el efecto es el mismo que si estuvieran parados. Sin embargo, en el instante en el que disco alcanza una velocidad exactamente igual que la del imn desaparecern las corrientes inducidas sobre el mismo, con lo que se retrasar, lo que obligar a que aparezcan de nuevo dichas corrientes. De todo ello se obtiene el resultado de que el disco va siempre algo retrasado con respecto al imn; esto es, su velocidad es algo menor que la de aquel. Debido a ello a este sistema de le denomina asncrono, que significa que no existe igualdad de velocidad o sincronismo.

El experimento descrito no se puede convertir directamente en un motor ya que no transforma una energa elctrica y mecnica sino que nicamente efecta un acoplamiento electromagntico por ser necesario tener que mover el imn para hacer girar el disco. El mtodo empleado para obtener un campo giratorio sin necesidad de tener que mover un imn consiste en emplear dos electroimanes formando un ngulo recto a los que se aplica dos corrientes alternas de la misma frecuencia pero con una frecuencia de fase entre ellas de 90. Al emplear una CA sinusoidal, se obtendr un campo que vara de la misma forma, que al combinarse con el otro similar a el pero con una magnitud diferente, debida a la diferencia de fase y con otra diferenciacin creada por la misma situacin, se produce el efecto deseado. Este conjunto de dos bobinados constituye el inductor o estator y provoca sobre el rotor, una velocidad de giro N = F, siendo F la frecuencia de la CA. Rotor

El rotor de un motor suele construirse en base a dos sistemas, aunque el principio de operacin sea el mismo, que consiste en disponer de un sistema de espiras en cortocircuito devanadas o no sobre un ncleo de material ferromagntico. El objetivo de las espiras es hacer circular a travs de ellas las corrientes inducidas, para crear el campo de sentido contrario al producido por el estator. El primer tipo de rotor que se va a considerar consiste en un cilindro formado por discos paralelos contiguos y aislados, provisto de ranuras situadas a lo largo de su superficie exterior sobre los que se encuentran las espiras.

El segundo tipo de rotor est constituido por dos coronas conductoras unidas por barras tambin conductoras formando un cilindro hueco muy parecido a una jaula de animales, de donde toma su denominacin, Jaula de ardilla, y es uno de los modelos ms utilizados en la prctica, sobre todo en las aplicaciones de baja potencia. El principio descrito antes para la generacin de un campo giratorio por el estator, nicamente es aplicable en los casos en los que se disponga de las dos corrientes desfasadas 90 mencionadas. Esto no sucede en las aplicaciones habituales en las que los motores se han de conectar a la red normal, que es monofsica, con lo que no existe campo magntico giratorio. El efecto sera entonces que el motor no arrancara, aunque por un sistema mecnico externo se le obliga al rotor a iniciar el giro, se observar como, despus de eliminar la fuerza exterior, se mantendr la rotacin, aumentando la velocidad hasta que alcance la correspondiente a su rgimen normal de funcionamiento. Esto se debe al que el campo monofsico aplicado se descompone en dos campos giratorios de la misma intensidad pero de sentido contrario cuyo efecto resultante se anula; sin embargo, basta con producir un

desequilibrio entre ellos para que se acente uno y se atenu el otro, dando lugar a un campo giratorio dominante que ser capaz de hacer girar al inducido. Arranque Con objeto de evitar el sistema mecnico de arranque se suele incluir sobre el estator un segundo devanado llamado devanado de arranque, situado en una posicin de ngulo recto con el devanado principal. Al hacer pasar por este arrollamiento auxiliar una corriente con una diferencia de fase prxima a 90 respecto a la que circula por el principal, se comportara el motor como trifsico, producindose un campo magntico giratorio ponindose en marcha el rotor, en cuyo momento se puede suprimir dicha corriente auxiliar. La forma de obtener la corriente de arranque con la diferencia de base mencionada es utilizando una reactancia (bobina o condensador) en serie con el arrollamiento auxiliar, producindose una corriente que aunque no esta desfasada exactamente a los 90 necesarios, resulta suficiente para el objetivo deseado. Otro sistema empleado para el arranque de los motores asncronos es el de situar dos grupos de espiras en cortocircuito arrolladas sobre el estator en una zona prxima al rotor. De esta forma, se obtiene un desequilibrio de fase del campo magntico que acta sobre el inducido, que es suficiente para que el motor arranque y se mantenga en rotacin. Par y velocidad Las caractersticas de par y velocidad en un motor asncrono estn bastante relacionadas y normalmente se representan mediante una curva en la que se puede elegir el punto de funcionamiento ms adecuado.

Esto es lgico ya que cuando arranca el motor en ausencia de carga la velocidad del rotor tiende a ser igual a la del campo giratorio del estator, ya que basta con una pequea diferencia entre ambas para que se creen en el inducido las corrientes necesarias para mantenerlo en rotacin y por lo tanto el par desarrollado ser muy dbil debido a que nicamente ser necesario vencer la resistencia de rozamiento del eje. Sin embargo, en el momento en que se acople una determinada carga mecnica al rotor, ser necesario que el par aumente y se iguale al que se precisa para mover dicha carga. Como consecuencia la velocidad disminuir porque sobre el rotor aumentan las corrientes inducidas y estas son proporcionales a la diferencia de velocidad entre los campos del inductor y del inducido. A esta diferencia se la denomina deslizamiento. Debido a las caractersticas que presenta el motor en el momento del arranque, el par obtenido no es elevado y es siempre bastante inferior al par mximo que puede desarrollar el motor, por esto en los dispositivos empleados para la puesta en rotacin se tiene en cuenta esta circunstancia con objeto de que el motor supere siempre esta fase inicial. Otro de los parmetros que tambin debe ser tenido en cuenta, sobre todo en los motores de potencia medias o elevadas es el denominado "factor de potencia" que expresa la cifra de "potencia reactiva" que el motor emplea durante su funcionamiento. Se expresa como la relacin entre la potencia real absorbida por el motor en watts y la potencia aparente que se define mediante el producto de la tensin aplicada por la corriente absorbida. Es decir, que el factor de potencia es igual a W real / potencia aparente. A este factor tambin se le denomina cos . Motores Sncronos

Los motores sncronos constituyen otro de los modelos ms destacados del grupo de los de CA. Como su nombre indica, su caracterstica ms destacada es la del sincronismo, es decir, que su velocidad de rotacin ser constante y uniforme y estar regulada por la frecuencia de la corriente de alimentacin. Normalmente este tipo de motores est formado por un inductor mvil o rotor y un inducido fijo o estator, intercambindose sus funciones con respecto al resto de modelos en los que la parte mvil corresponde casi siempre al inducido. Principio de funcionamiento El principio de funcionamiento es bastante simple y consiste en los efectos combinados del campo magntico constante del inductor, creado por el electroimn alimentado por CC o bien por un imn permanente y del inducido que contiene una serie de bobinados a los que se les aplica una CA. Supongamos una estructura elemental, constituida por dos pares de devanados sobre ncleos magnticos, representados por 1 y 2 y un imn permanente situado sobre un eje giratorio que se encuentra en el centro geomtrico de los elementos citados anteriormente en una direccin perpendicular al plano formado por stos. Al aplicar una CA a la pareja de bobinas 1 se crear en ellas un campo magntico que variara de intensidad y de sentido segn las alternancias de la corriente. En un determinado instante el campo ser mximo entre ambas, crendose un polo norte en la zona superior de la bobina superior un sur en la zona inferior, otro norte en la cara superior de la bobina inferior y otro sur en la cara inferior; en este momento el imn ser fuertemente atrado por ellas orientndose en sentido vertical. Si al mismo tiempo se aplica una segunda CA a la pareja de bobinas 2 cuya fase est retrasada 90 con respecto a la anterior, el campo ser nulo en el instante considerado debido a que la corriente pasa por el valor 0 y no ejercer ninguna influencia.

Sin embargo, este comenzar a crecer seguidamente y a decrecer el producido por la bobina 1, haciendo que el imn gire hasta situarse en posicin horizontal, alineado con los bobinados 2; el proceso contina al disminuir este segundo campo y comenzar a crecer el primero pero en sentido contrario al inicial, ya que la alternancia de la corriente ahora es negativa, con lo que se invertirn entre si los polos magntico sealados al comienzo. Ello hace que el imn contine girando hasta ponerse otra vez vertical, pero con el norte hacia abajo y el sur hacia arriba. El paso siguiente corresponde a las bobinas 2 que tambin han invertido su campo, atrayendo otra vez al imn y manteniendo el giro. Esta secuencia se repetir sucesivamente y el resultado obtenido ser, como puede deducirse la transformacin de una energa elctrica en otra mecnica de rotacin, propiedad fundamental de un motor

Velocidad En nuestro caso el imn permanente o rotor dar una revolucin por cada ciclo de la corriente, por lo tanto la velocidad de giro coincidir con la frecuencia, ya que si esta es de, por ejemplo 50 Hz, producir 50 giros completos en un segundo y como consecuencia el rotor dar 50 vueltas en el mismo tiempo, o lo que es equivalente a 50 rps. Si en lugar de emplear un imn para el rotor se emplearan dos en ngulo recto y unido solidariamente al mismo eje y en vez de dos pares de bobinas desfasadas empleramos cuatro, el efecto resultante tambin sera una rotacin, pero la velocidad de giro resultante sera la mitad de a anterior. Por lo tanto, puede definirse la velocidad de rotacin de un motor sncrono por la frmula siguiente: N=f/P

Donde N representa dicha velocidad en rps, f es la frecuencia de la CA y P el nmero de pares de polos que posee el inductor; as en el caso anterior, como el imn tiene dos pares de polos, la velocidad resultante ser de 25 rps Inductor e inducido Algunos modelos de motores sncronos contienen el inducido en el interior del inductor, con lo que la parte mvil ser la exterior, siendo el principio de funcionamiento es similar al descrito anteriormente. En ocasiones se sustituyen los imanes permanentes del estator por unos electroimanes, en este caso, es necesario aplicar una CC de excitacin, con objeto de poder crear todos los pares de polos magnticos que se precisan.

Adems y dado que estos electroimanes constituyen el rotor, siendo por lo tanto mviles, se requiere contar con un dispositivo capaz de producir los contactos elctricos para el paso de dicha corriente durante la rotacin como en el caso de los motores de CC. Para ello se emplean dos anillos conectores que resbalan sobre sendas escobillas de forma que el polo positivo permanezca siempre aplicado a uno de ellos y el negativo al otro. Para las dos fases que se necesitan para el arranque y funcionamiento del motor se suele utilizar un condensador situado en serie con uno de los dos grupos de devanados. De esta forma la corriente se retrasara 90 aproximadamente al circular por este y alcanzara a las bobinas en las condiciones requeridas. Si en lugar de situar el condensador en los bobinados mencionados y se cambiara a los otros, el efecto sera el de invertirse el sentido de rotacin, mantenindose el resto de las caractersticas sin ninguna variacin. Caractersticas de operacin de los motores sncronos

Adems de girar a velocidad constante, los motores sincrnicos presentan las siguientes caractersticas de operacin: El rotor debe alimentarse con corriente directa. Su par de arranque es nulo, por lo que debe arrancar como si fuese asncrono. Son ms costosos y requieren de un mayor mantenimiento. Su factor de potencia puede llegar a 1 e incluso puede hacerse capacitivo (de ah que es uno de los mtodos para corregir el factor de potencia en una instalacin elctrica). En general, pueden ser ms ventajosos que los asncronos en casos de bajas velocidades, grandes tamaos y en mejorar el factor de potencia.

CAPITULO IIParmetros De Seleccin De Motores. Que Es La Eficiencia En Un Motor Elctrico? Aplicaciones Industriales De Los Motores Elctricos.

CAPITULO IISeleccin De Un Motor Elctrico.Es importante hacer una buena seleccin de un motor elctrico, ya que de ello depender la oportunidad de obtener la mayor vida til del equipo, y una mxima eficiencia, lo que retribuir directamente a evitar posibles descomposturas o fallas. Fundamentos de seleccin de un motor elctrico. La seleccin de un motor depende primordialmente de tres aspectos: a) La instalacin b) La operacin c) El mantenimiento Los pasos a seguir para una adecuada seleccin de un motor elctrico son:

1) La determinacin de la fuente de alimentacin 2) La potencia nominal 3) La velocidad de rotacin 4) El ciclo de trabajo (continuo o intermitente) 5) El tipo de motor 6) El tipo de carcasa As mismo, debemos considerar las condiciones ambientales de

instalacin, y algunas caractersticas como el acoplamiento de la carga, los accesorios, y las modificaciones mecnicas necesarias. Tambin es importante considerar en la seleccin de un motor elctrico, las condiciones de servicio, siendo las ms importantes:

a) Exposicin a una temperatura ambiente b) Instalacin en partes o alojamientos completamente cerrados o abiertos, buscando una buena ventilacin del motor. c) Operacin dentro de la tolerancia de +10% y -10% del voltaje nominal d) Una operacin dentro del valor de frecuencia del +5% y -5% e) Operacin dentro de una oscilacin de voltaje del 1% o menos Par o Torque. Definimos como par al conjunto de dos fuerzas de fuerzas de magnitudes iguales pero de sentido contrario. El par se produce para que el motor rompa sus condiciones iniciales de inercia, y pueda comenzar a operar y desarrollar sus condiciones de diseo. Es importante seleccionar el tipo de arranque adecuado, para que el motor pueda desarrollarse convenientemente. Velocidad.

En un motor la velocidad se define como la cantidad de vueltas completas que da el rotor en el lapso de un minuto. Para calcular la velocidad de un motor se utilizamos la ecuacin:

Potencia. Al disear un sistema mecnico, a menudo hay que tener en cuenta no solo cuanto trabajo ha de ejecutarse, sino tambin la rapidez con que debe de hacerse, la misma cantidad se realiza al levantar un cuerpo a determinada altura, tanto si tardamos en ello 1 segundo o un ao, pero la rapidez con que se efecta es muy diferente en ambos casos. Definimos potencia, como la rapidez con que se lleva a cabo un trabajo, por lo que es necesario definir, en la aplicacin de un motor la potencia que se le va a demandar. Basta decir, que en el caso de los motores elctricos para determinar su potencia utilizamos la siguiente frmula:

Sentido de giro. El sentido de giro esta relacionado directamente con la conexin de las bobinas auxiliares con respecto a las de trabajo. El motor tiene un sentido de rotacin, tan es as, que si se quiere que gire en sentido contrario, solo hay que permutar o invertir las conexiones de las auxiliares, la entrada por la salida o viceversa en las dos lneas.

En los estatores de polos salientes, el auxiliar es un anillo de cobre montado en una hendidura del mismo polo, y que por induccin forma otra polaridad, por lo que se le llama de polo sombreado, pero retrasado en tiempo, lo que genera un movimiento de balance magntico, obligando el giro en un sentido. Para que el motor gire en sentido contrario, solo hay que desarmarlo y armar el estator, de modo que lo que estaba de frente quede atrs y as el anillo que puede estar a la derecha, quedar a la izquierda. Prdidas y eficiencia. En un motor la eficiencia de la potencia se ve afectada por las perdidas mecnicas y las perdidas elctricas como se muestra en la figura. As que la

potencia real [Pr] es el producto de la tensin por la corriente, menos la potencia de perdidas [Pp].

Prdidas y Eficiencias.

Como sabemos, el motor elctrico es una maquina rotatoria de movimiento infinito, que convierte energa elctrica en energa mecnica, como consecuencia desarrollamos directamente en su aplicacin trabajos mecnicos primordialmente rotatorios, sin embargo, mediante dispositivos, podemos convertir el movimiento rotatorio en movimientos bien determinados, dependiendo de su aplicacin. Tipo de maquinaria impulsada. La aplicacin de un motor se determina directamente por las caractersticas de trabajo que va a desarrollar, particularmente para cada aplicacin, sta es determinada concisamente por el factor de servicio, que lo definimos como las caractersticas de aplicacin del motor elctrico segn el requerimiento de la maquina impulsada. Pueden ser: bombas hidrulicas, compresores, maquinas

herramienta [figura 2.2], ventiladores, molinos, reloj, reproductor de CD, sistemas de transporte, por citar algunos. Caractersticas de instalacin. Las caractersticas de instalacin estn formadas por un conjunto de elementos, que sirven para dotar de las mejores condiciones a una maquina o equipo para su ptimo funcionamiento, como puede ser: Instalacin: Posicin Cimentacin Condiciones Ambientales Temperatura Ambiente Condiciones de alimentacin Corriente Directa Voltaje Frecuencia Corriente Alterna Numero de fases Frecuencia Factor de potencia (cos ) Voltaje

Condiciones de alimentacin. Los motores elctricos pueden ser alimentados por sistemas de una fase, denominndose motores monofsicos; y si son alimentados por 2 lneas de alimentacin, se les nombra motores bifsicos; siendo as que los motores trifsicos son aquellos que se alimentan de tres fases, tambin conocidos como

sistemas polifsicos. Los voltajes empleados ms comnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 2 300 V y 6 000 V. Anlisis del rendimiento. En la transformacin de energa elctrica en mecnica (que tiene lugar en un motor), una parte de la energa elctrica tomada de la red se convierte en calor, constituyendo lo que son las prdidas de un motor.

Eficiencia de motores.

Las prdidas que se originan en todos los motores elctricos son fundamentalmente de tres tipos: Prdidas elctricas en devanados y otras partes de la maquinaria (Pcu). Estas corresponden a las prdidas por efecto Joule (I2.R) y las prdidas producidas en las escobillas (motores de C.C.). Prdidas producidas en los circuitos magnticos o prdidas en el hierro (Pfe). Prdidas mecnicas debidas a rozamientos y ventilacin (Pmec). Tambin se incluye en este grupo aquellas originadas por el roce en los cojinetes, del aire y de las escobillas, as como la potencia absorbida por el ventilador. En la siguiente figura se representa, mediante un diagrama de Sankey, las prdidas que se originan en un motor convencional.

El clculo exacto de las prdidas no es fcil de determinar, dada la gran variedad de formas constructivas y de los tipos de ventilacin, sin embargo, actualmente existe un sinnmero de tablas y programas que permiten, por comparacin con motores similares, determinarlas con excelentes resultados. Es importante aclarar, que para un motor determinado, las prdidas aumentan a medida que crece la velocidad de rotacin del motor. Determinacin ptima de la potencia de motores. Para una aplicacin determinada, la eleccin de un motor elctrico ptimo resulta bastante complejo (debido a los muchos factores que deben tenerse en cuenta), es decir, no existe una regla exacta y precisa que se aplique en todos los casos. En tal sentido, se pretende dar algunas orientaciones que permitan elegir el camino ms indicado en cuanto a la eleccin del motor se refiere. Se puede resumir los factores ms importantes a tenerse en cuenta en la eleccin de un motor en los siguientes tres bloques:

Finalmente y teniendo en cuenta la carga requerida y la velocidad de operacin, se presenta en la figura de abajo un esquema ilustrativo que permite

elegir la conveniencia entre motores sncronos y asncronos (siendo estos ltimos, los ms utilizados a nivel industrial por su menor costo, presentan un mejor arranque, mayor control de la velocidad, menos mantenimiento, menos robustos, etc.).

Seleccin de motores en base a su potencia y velocidad.

Qu es la eficiencia en un motor?La eficiencia o rendimiento de un motor elctrico es una medida de su habilidad para convertir la potencia elctrica que toma de la lnea en potencia mecnica til. Se expresa usualmente en porciento de la relacin de la potencia mecnica entre la potencia elctrica, esto es:Potencia mecnica Eficiencia = --------------------------------- X 100 Potencia elctrica

No toda la energa elctrica que un motor recibe, se convierte en energa mecnica. En el proceso de conversin, se presentan prdidas, por lo que la eficiencia nunca ser del 100%. Si las condiciones de operacin de un motor

son incorrectas o este tiene algn desperfecto, la magnitud de las prdidas, puede superar con mucho las de diseo, con la consecuente disminucin de la eficiencia. Para calcular la eficiencia, las unidades de las potencias deben ser iguales. Como la potencia elctrica se expresa usualmente en kilowatts (kW) en tanto que la potencia mecnica en caballos de potencia (CP o HP), las siguientes equivalencias son tiles para la conversin de unidades: 1 HP = 0.746 KW 1 KW = 1.34 HP Si un motor de 100 HP toma de la lnea 87.76 kw: a. Potencia mecnica = 100 x 0.746 = 74.6 kW b. Eficiencia = 76.4687.76100 = 85%

c.

Prdidas

= =

87.76 74.6 13.16 kW

Esto nos indica que el motor convierte el 85% de su energa elctrica en mecnica, perdiendo el 15% en el proceso de conversin. En trminos prcticos, se consume (y se paga) intilmente la energa utilizada para hacer funcionar al motor. Emplear motores de mayor eficiencia, reduce las prdidas y los costos de operacin. Por ejemplo si el motor anterior se sustituyera por otro con una eficiencia del 90%, la potencia ahorrada (PA) se puede calcular aplicando la siguiente ecuacin: PA(KW)=0.746CP100E1-100E2 Donde: 0.746 = Factor de conversin de CP a kW HP = Caballos de potencia

E1 = Eficiencia del motor de rendimiento menor E2 = Eficiencia del motor de rendimiento mayor PA=0.74610010085-10090KW=4.87 KW Suponga que ambos motores trabajarn 12 horas diarias, 5 das de la semana y 50 semanas por ao, que equivalen a 3000 horas al ao. La energa ahorrada anualmente equivale a: 3000 horas x 4.87 = 4,610 kWh

Como ejercicio multiplquese esta cantidad de kWh por el costo de la tarifa que corresponda al servicio que usted tenga y obtendr el ahorro monetario por utilizar el motor de mayor eficiencia. Un motor bien diseado puede tener un precio de compra elevado, pero generalmente tendr una mayor eficiencia que el de motores de procedencia ignorada. Los incrementos que han experimentado el costo de los energticos a nivel mundial, han orientado a los fabricantes de motores a lograr principalmente motores de alta eficiencia, con rendimientos de hasta un 96% y cuyo costo adicional sobre los convencionales se puede pagar rpidamente con los ahorros que se tienen en el consumo. Vale la pena considerar su utilizacin.

Aplicaciones Industriales De Los Motores.El motor de induccin, en particular el de tipo jaula de ardilla, es preferible al motor de corriente continua para trabajo con velocidad constante, por que el costo inicial es menor y la ausencia del conmutador reduce el mantenimiento. Tambin hay menos peligro de incendio en muchas industrias, como aserraderos, molinos de granos, fabricas textiles y fabricas de plvora. El uso del motor de induccin en lugares como fbricas de cemento es ventajoso, pues, debido al polvo fino, es difcil el mantenimiento a los motores de corriente continua.

Para trabajos de velocidad variable, como lo son: gras, malacates, elevadores y para velocidades ajustables, las caractersticas de un motor de corriente continua son muy superiores a las del motor de induccin. Incluso en este caso, puede convenir y ser deseable utilizar motores de induccin ya que sus caractersticas menos deseables quedan compensadas con su por su sencillez y el hecho de que la corriente alterna es mas accesible ya que para obtener corriente continua suelen ser necesario los convertidores. Cuando haya que alimentar alumbrados y motores con el mismo sistema de corriente alterna, se utiliza el sistema trifsico, de cuatro conductores de 208/120 volts. Esto permite tener 208 volts para los motores trifsicos y 120 de fase a neutro para las lmparas. La velocidad a plena carga, el aumento de temperaturas, la eficiencia y el factor de potencia, as como el aumento mximo de torsin y la torsin de arranque, han sido desde hace mucho tiempo los parmetros de inters en la aplicacin y en la compra de M.E. Otras consideraciones es el factor de servicio. El factor de servicio de un motor de corriente alterna es un multiplicador aplicable a la potencial nominal en caballos. Cuando se aplica en esa forma, el resultado es una carga permisible en caballos en las condiciones especificadas para el factor de servicio. Cuando se opera a la carga de factor de servicio, con un factor de servicio de 1,15 o mayor, el aumento permisible en la temperatura ocasionado por la resistencia es el siguiente: Aislamiento clase A = 70 C Aislamiento clase B = 90 C Aislamiento clase C = 115 C Se requiere alojamientos, conexiones, sellos, sistemas de ventilacin, diseo electromagntico, etc., especiales cuando el motor va a funcionar en condiciones inusitadas de servicio, como por ejemplo: Polvos combustibles, explosivos, abrasivos o conductores. Condiciones de pelusa o mugre excesivas, en donde la acumulacin de mugre o polvo podra entorpecer la ventilacin.

Vapores qumicos o vapores o gases inflamables o explosivos. Radiacin nuclear. Vapor, aire cargado de sal o vapores de aceite. Lugares hmedos o muy secos, calor radiante, infestacin de plagas o atmosferas que favorezcan el crecimiento de hongos. Choques, vibraciones o carga mecnica externa o anormal. Empuje axial o fuerzas laterales anormales sobre el eje del motor. Desviacin excesiva de la intensidad de voltaje. Velocidades mayores a la velocidad especificada. Funcionamiento en un cuarto mal ventilado, en fosas o con el motor inclinado. Cargas torsionales de impacto, sobre cargas anormales repetidas, funcionamiento en reversa o frenado elctrico.

Propulsiones elctricas. Gras y malacates. El motor de corriente continua excitador en serie es el mejor que se adapta a gras y malacates. Cuando la carga es pesada el motor reduce la velocidad en forma automtica y desarrolla un aumento de torsin creciente, con lo cual se reduce las cargas picos en el sistema elctrico. Con cargas ligeras, la velocidad aumenta con rapidez, con lo cual se logra una gra que trabaja con mayor rapidez. El motor en seria tambin esta bien adaptado para impulsar el puente de las gras viajeras y tambin al carro que se mueva a lo largo del puente. Cuando solo se dispone de corriente alterna y no resulta econmico convertirla, el motor de induccin de tipo de anillo deslizante, con control de resistencia externa, es el mejor tipo de motor de corriente alterna. Tambin se utilizan motores de jaula de ardilla con anillos extremos de alta resistencia, para producir un elevado momento de torsin de arranque (motores clase D). Aplicaciones de momentos de torsin constates. Las bombas de pistn, los molinos, extrusores y batidoras, pueden requerir un momento de torsin constante en toda su variedad de velocidad. Estas

requieren un motor de jaula de ardilla, diseo clase C o D que tiene un alto momento de torsin de arranque, para alcanzar su valor nominal. Cuando debe variarse la velocidad estando ya en movimiento el motor puede usarse un motor de C.C. de voltaje de armadura variable o un motor de jaula de ardilla de frecuencia variable. Bombas centrifugas. El bajo consumo y el bajo momento de torsin de arranque hacen que los motores de jaula de ardilla clase B de propsito general sean los preferidos para esta aplicacin. Cuando se requiere un flujo variable, el uso de una fuente de frecuencia variable para variar la velocidad del motor, ser favorable desde el punto de vista de la energa respecto al cambio de flujo por cierre de la vlvula de control con el fin de incrementar la carga. Ventiladores centrfugos. Un consumo alto requiere un motor de jaula de ardilla de clase C o D de alto momento de torsin de arranque para que el ventilador adquiera su velocidad de trabajo en un periodo razonable de tiempo.

CAPITULO IIICaractersticas Y Partes fundamentales de un M.E. El Motor Monofsico. Fallas frecuentes en Motores.

CAPITULO IIIPartes Fundamentales De Un Motor Elctrico.Dentro de las caractersticas fundamentales de los motores elctricos, stos se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes

principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes. No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.

Estator El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotacin del motor. El estator no se mueve mecnicamente, pero si magnticamente. Existen dos tipos de estatores:

El estator est constituido principalmente de un conjunto de lminas de acero al silicio (y se les llama paquete), que tienen la habilidad de permitir que pase a travs de ellas el flujo magntico con facilidad; la parte metlica del estator y los devanados proveen los polos magnticos. Los polos de un motor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mnimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).

Rotor El rotor es el elemento de transferencia mecnica, ya que de l depende la conversin de energa elctrica a mecnica. Los rotores, son un conjunto de lminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser bsicamente de tres tipos: a) Rotor de polos salientes b) Rotor ranurado c) Rotor jaula de ardilla

Carcasa La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricacin depende del tipo de motor, de su diseo y su aplicacin. As pues, la carcasa puede ser: a) Totalmente cerrada b) Abierta c) A prueba de goteo d) A prueba de explosiones e) De tipo sumergible Base La base es el elemento en donde se soporta toda la fuerza mecnica de operacin del motor, puede ser de dos tipos:

a) Base frontal b) Base lateral Caja de conexiones Por lo general, en la mayora de los casos los motores elctricos cuentan con caja de conexiones. La caja de conexiones es un elemento que protege a los conductores que alimentan al motor, resguardndolos de la operacin mecnica del mismo, y contra cualquier elemento que pudiera daarlos. Tapas Son los elementos que van a sostener en la gran mayora de los casos a los cojinetes o rodamientos que soportan la accin del rotor.

Cojinetes Tambin conocidos como rodamientos, contribuyen a la ptima operacin de las partes giratorias del motor. Se utilizan para sostener y fijar ejes mecnicos, y para reducir la friccin, lo que contribuye a lograr que se consuma menos potencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales: a) Cojinetes de deslizamiento. - Operan en base al principio de la pelcula de aceite, esto es, que existe una delgada capa de lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.Cojinete de deslizamiento

b) Cojinetes de rodamiento. - Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones: Tienen un menor coeficiente de friccin, especialmente en el arranque. Son compactos en su diseo. Tienen una alta precisin de operacin.

No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante. Se remplazan fcilmente debido a sus tamaos estndaresCojinete de rodamiento

Caractersticas Particulares De Los M.E. De C.A.Los parmetros de operacin de un motor designan sus caractersticas, es importante determinarlas, ya que con ellas conoceremos los parmetros determinantes para la operacin del motor. Las principales caractersticas de los motores de C.A. son: Potencia: Es la rapidez con la que se realiza un trabajo; en fsica la Potencia = Trabajo/tiempo, la unidad del Sistema Internacional para la potencia es el joule por segundo, y se denomina watt (W). Sin embargo estas unidades tienen el inconveniente de ser demasiado pequeas para propsitos industriales. Por lo tanto, se usan el kilowatt (kW) y el caballo de fuerza (HP) que se definen como: 1 Kw 1 HP 1kW = = = 1000 W 747 W = 1.34 HP 0.746 kW

Voltaje: Tambin llamada tensin elctrica o diferencia de potencial, existe entre dos puntos, y es el trabajo necesario para desplazar una carga positiva de un punto a otro: E = [VA VB] Donde: E = Voltaje o Tensin VA = Potencial del punto A VB = Potencial del punto B

La diferencia de tensin es importante en la operacin de un motor, ya que de esto depender la obtencin de un mejor aprovechamiento de la operacin. Los voltajes empleados ms comnmente son: 127 V, 220 V, 380 V, 440 V, 300 V y 6000 V. Corriente: La corriente elctrica [I], es la rapidez del flujo de carga [Q] que pasa por un punto dado [P] en un conductor elctrico en un tiempo [t] determinado. I=Qt Donde: I = Corriente elctrica Q = Flujo de carga que pasa por el punto P t = Tiempo La unidad de corriente elctrica es el ampere. Un ampere [A] representa un flujo de carga con la rapidez de un coulomb por segundo, al pasar por cualquier punto. 1A=1C1S Los motores elctricos esgrimen distintos tipos de corriente, que fundamentalmente son: corriente nominal, corriente de vaco, corriente de arranque y corriente a rotor bloqueado. Corriente nominal: En un motor, el valor de la corriente nominal es la cantidad de corriente que consumir el motor en condiciones normales de operacin. Corriente de vaco: Es la corriente que consumir el motor cuando no se encuentre operando con carga y es aproximadamente del 20% al 30% de su corriente nominal. Corriente de arranque: Todos los motores elctricos para operar consumen un excedente de corriente, mayor que su corriente nominal, que es aproximadamente de dos a ocho veces superior.

Corriente a rotor bloqueado: Es la corriente mxima que soportara el motor cuando su rotor est totalmente detenido. Revoluciones por minuto (R.P.M.) o velocidad angular: Se define como la cantidad de vueltas completas que da el rotor en el lapso de un minuto; el smbolo de la velocidad angular es omega [W], no obstante, el la industria se utilizan tambin para referirse, la letras: N o simplemente las siglas R.P.M. W = N = 2F t F = 1t Donde: W = N = Revoluciones por minuto o velocidad angular = Constante [3.14] F = Frecuencia t = Tiempo Las unidades de la velocidad son los radianes por segundo (rad/s), sin embargo la velocidad tambin se mide en metros por segundo (m/s) y en revoluciones por minuto [R.P.M.]. Para calcular las R.P.M. de un motor se utiliza la ecuacin: RPM=120 F# Polos=60 F# ParesPolares Donde: R.P.M. = Revoluciones por minuto o velocidad angular F = Frecuencia Factor de potencia: El factor de potencia [cos ] se define como la razn que existe entre Potencia Real [P] y Potencia Aparente [S], siendo la potencia aparente el producto de los valores eficaces de la tensin y de la corriente. cos = P S Donde:

P = Potencia real S = Potencia aparente El factor de potencia nunca puede ser mayor que la unidad, regularmente oscila entre 0.8 y 0.85. En la prctica el factor de potencia se expresa, generalmente, en tanto por ciento, siendo el 100% el factor mximo de potencia posible. Un factor de potencia bajo es una caracterstica desfavorable de cualquier carga. Factor de servicio: El factor de servicio de un motor se obtiene considerando la aplicacin del motor, para demandarle ms, o menos potencia, y depende directamente del tipo de maquinaria impulsada: P = [#F(E)I ()F.P.] Pr = P (F.S.) F.S. = PrP Donde : P = Potencia #F = Nmero de fases E = Tensin I = Corriente = Eficiencia F.P. = Factor de potencia Pr = Potencia real F.S. = Factor de servicio

NOTA: Para el numero de fase se utilizara 1 para sistemas monofsicos, 2 para sistemas bifsicos, y para sistemas trifsicos se utilizara 3 = 1.732.

Nmero de fases: Depende directamente del motor y del lugar de instalacin, por ejemplo: Para motores con potencia menor o igual a 1 HP (a nivel domestico), generalmente, se alimentan a corriente monofsica (127 V.); cuando la potencia del motor oscila entre 1 y 5 HP lo ms recomendable es conectarlo a corriente bifsica o trifsica (220 V.); y para motores que demanden una potencia de 5 HP o ms, se utilizan sistemas trifsicos o polifsicos.

Par o Torque: Un par de fuerzas es un conjunto de dos fuerzas de magnitudes iguales pero de sentido contrario. El momento del par de fuerzas o torque, se representa por un vector perpendicular al plano del par. Par Nominal: Es el par que se produce en un motor elctrico para que pueda desarrollar sus condiciones de diseo. Par de arranque: Es el par que va a desarrollar el motor para romper sus condiciones iniciales de inercia y pueda comenzar a operar.

Par mximo: Tambin llamado par pico, es el par que puede desarrollar el motor sin perder sus condiciones de diseo, es decir, que es el limite en el que trabaja el motor sin consumir ms corriente y voltaje, asimismo de que sus revoluciones son constantes, y conjuntamente esta relacionado con el factor de servicio.

Par de aceleracin: Es el par que desarrolla el motor hasta que alcanza su velocidad nominal. Par de desaceleracin: Es el par en sentido inverso que debe emplearse para que el motor se detenga. Par a rotor bloqueado: Se considera como el par mximo que desarrolla un motor cuando se detiene su rotor. Frecuencia: Es el nmero de ciclos o repeticiones del mismo movimiento durante un segundo, su unidad es el segundo-1 que corresponde a un Hertz [Hz] tambin se llama ciclo [seg-1 = Hertz = Ciclo] . La frecuencia y el periodo estn relacionados inversamente:

T = 1f f = 1T Donde: T = Tiempo o periodo F = Frecuencia Deslizamiento: El deslizamiento es la relacin que existe entre la velocidad de los campos del estator y la velocidad de giro del rotor: z = Vc Vr Donde: z = Deslizamiento Vc = Velocidad de los campos del estator Vr = Velocidad de giro del rotor

En los motores de corriente alterna de induccin, especficamente de jaula de ardilla, el deslizamiento es fundamental para su operacin, ya que de l depende que opere o no el motor. Eficiencia: Es un factor que indica el grado de perdida de energa, trabajo o potencia de cualquier aparato elctrico o mecnico, La eficiencia [] de una maquina se define como la relacin del trabajo de salida entre el trabajo de entrada, en trminos de potencia, la eficiencia es igual a el cociente de la potencia de salida entre la potencia de entrada: =TsTe=PsPe Donde: = Eficiencia Ts = Trabajo de salida Te = Trabajo de entrada Ps = Potencia de salida Pe = Potencia de entrada

La eficiencia se expresa en porcentaje, por lo tanto se le multiplicar por cien, pero al efectuar operaciones se deber de expresar en decimales.

Motores Monofsicos.Fueron los primeros motores utilizados en la industria. Cuando este tipo de motores est en operacin, desarrolla un campo magntico rotatorio, pero antes de que inicie la rotacin, el estator produce un campo estacionario pulsante. Para producir un campo rotatorio y un par de arranque, se debe tener un devanado auxiliar desfasado 90 con respecto al devanado principal. Una vez que el motor ha arrancado, el devanado auxiliar se desconecta del circuito.

Debido a que un motor de corriente alterna (C.A.) monofsico tiene dificultades para arrancar, esta constituido de dos grupos de devanados: El primer grupo se conoce como el devanado principal o de trabajo, y el segundo, se le conoce como devanado auxiliar o de arranque. Los devanados difieren entre s, fsica y elctricamente. El devanado de trabajo est formado de conductor grueso y tiene ms espiras que el devanado de arranque. Es importante sealar, que el sentido de giro de las bobinas involucra la polaridad magntica correspondiente, como puede verse en la figura.

Sentido de giro de las bobinas.

Tipos y caractersticas.

Los motores monofsicos han sido perfeccionados a travs de los aos, a partir del tipo original de repulsin, en varios tipos mejorados, y en la actualidad se conocen: Motores de fase partida: En general consta de una carcasa, un estator formado por laminaciones, en cuyas ranuras aloja las bobinas de los devanados principal y auxiliar, un rotor formado por conductores a base de barras de cobre o aluminio embebidas en el rotor y conectados por medio de anillos de cobre en ambos extremos, denominado lo que se conoce como una jaula de ardilla. Se les llama as, por que se asemeja a una jaula de ardilla. Fueron de los primeros motores monofsicos usados en la industria, y an permanece su aplicacin en forma popular. Estos motores se usan en: mquinas herramientas, ventiladores, bombas, lavadoras, secadoras y una gran variedad de aplicaciones; la mayora de ellos se fabrican en el rango de 1/30 (24.9 W) a 1/2 HP (373 W). Motores de arranque con capacitor: Este tipo de motor es similar en su construccin al de fase partida, excepto que se conecta un capacitor en serie con el devanado de arranque para tener un mayor par de arranque. Su rango de operacin va desde fracciones de HP hasta 15 HP. Es utilizado ampliamente en muchas aplicaciones de tipo monofsico, tales como accionamiento de mquinas herramientas (taladros, pulidoras, etctera), compresores de aire, refrigeradores, etc. En la figura se muestra un motor de arranque con capacitor.

Motor de arranque con capacitor.

Motores con permanente. Utilizan un capacitor conectado en serie con los devanados de arranque y de trabajo. El crea un retraso en el devanado de arranque, el cual es necesario para arrancar el motor y para accionar la carga. La principal diferencia entre un motor con permanente y un motor de arranque con capacitor, es que no se requiere switch centrfugo. stos motores no pueden arrancar y accionar cargas que requieren un alto par de arranque. Motores de induccin-repulsin. Los motores de induccin-repulsin se aplican donde se requiere arrancar cargas pesadas sin demandar demasiada corriente. Se fabrican de 1/2 HP hasta 20 HP, y se aplican con cargas tpicas como: compresores de aire grandes, equipo de refrigeracin, etc.

Motores de polos sombreados. Este tipo de motores es usado en casos especficos, que tienen requerimientos de potencia muy bajos. Su rango de potencia est comprendido en valores desde 0.0007 HP hasta HP, y la mayora se fabrica en el rango de 1/100 a 1/20 de HP. La principal ventaja de estos motores es su simplicidad de construccin, su confiabilidad y su robustez, adems, tienen un bajo costo. A diferencia de otros motores monofsicos de C.A., los motores de fase partida no requieren de partes auxiliares (capacitores, escobillas, conmutadores, etc.) o partes mviles (switches centrfugos). Esto hace que su mantenimiento sea mnimo y relativamente sencillo.

Motor de polos sombreados.

Fallas Frecuentes En MotoresSe ha definido falla elctrica como "cualquier evento que impide la normal operacin (disponibilidad) de algn equipo, esquema o componente de control y proteccin". Esta amplia definicin permite el registro de eventos, an cuando el equipo afectado no se encuentre plenamente inoperativo, situacin muy frecuente en el campo del control y proteccin de Sistemas Elctricos. Por otra parte, se define Atencin Correctiva como un procedimiento preestablecido y destinado a retornar a su estado normal de operacin (definido o provisorio) al objeto afectado por la falla. Existen diferentes enfoques para analizar y evaluar el impacto de las fallas sobre los equipos del sistema elctrico de las Industrias, en general basadas en la evaluacin de la potencia o energa perdida con ocasin de cada falla.

Fallas en los Sistemas de Proteccin y Control. Aunque existan fallas relacionadas con la operacin de los equipos y la no calidad de la energa, es el sistema de proteccin y control quin finalmente realiza una accin determinada. La particular naturaleza de los trabajos del rea responsable de los Sistema de Proteccin y Control, hacen que el enfoque relacionado con la prdida de potencia no sea adecuado por cuanto muchas de las fallas que afectan a tales equipos no llegan a producir interrupcin. Fallas originadas en la operacin: A este grupo corresponde las fallas asociadas a los incrementos de temperatura en equipos, y problemas de vibracin mecnica. En el primer caso, la sobrecarga de los motores y conductores son consecuentes a la circulacin de corrientes elevadas que originan, a su ves, prdidas de energa, ineficiencias en los procesos, extra costos en la operacin y mantenimiento, calentamiento excesivo de las partes, e incluso, hasta la misma destruccin del equipo si los sistemas de control y proteccin no son los adecuados. En este caso, la calidad de la energa se ve seriamente afectada puesto que las sobrecorrientes originan cadas de tensin considerables. Para contrarrestar las fallas elctricas por incrementos de temperatura es indispensable realizar, entre otros, una limpieza peridica de las partes del motor y los conductores, chequeos a los sistemas de proteccin, y pruebas termogrficas en barrajes, conductores, carcasas, puntos de conexin y aislamientos trmicos. Con respecto a las vibraciones mecnicas, son el resultado de fuerzas magnticas desiguales que actan sobre el rotor o sobre el estator, dichas fuerzas desiguales pueden ser debidas a: Rotor que no es redondo. Chumaceras del inducido que son excntricas. Falta de alineamiento entre el rotor y el estator. Entrehierro no uniforme. Perforacin elptica del estator. Devanados abiertos o en corto circuito.

Hierro del rotor en corto circuito. Las vibraciones ocasionadas por los problemas elctricos responden generalmente a la cantidad de carga colocada en el motor. A medida que se modifica la carga, la amplitud y/o las lecturas de fase pueden indicar cambios significativos. Esto explica por qu los motores elctricos que han sido probados y balanceados en condiciones sin carga muestran cambios drsticos de los niveles de vibracin cuando vuelven a ser puestos en servicio. Un caso particular de vibraciones mecnicas lo constituyen las poleas desgastadas y bandas destempladas en accionamientos mecnicos, cuyo efecto en motores es la presencia de desbalances de corriente, que a su vez, originan desbalances de tensin (prdida de la calidad de la potencia).

Fallas debidas a la no Calidad de la Potencia Los problemas relacionados con la calidad de potencia estn muy ligados a una amplia gama de fenmenos. Aproximadamente en dos tercios de los casos se trata de fenmenos naturales, como los rayos. Otras causas de la prdida de la calidad de energa la constituyen la operacin de equipos de gran potencia en la industria o en la red misma (por ejemplo, la conexin de condensadores) y, en general, una variedad de fenmenos que pueden llegar a producir cadas sbitas de tensin a nivel del consumidor y que hacen muy compleja la evaluacin de la calidad de potencia. Las perturbaciones que generalmente afectan la calidad de la potencia se clasifican en las siguientes categoras: Fluctuaciones de voltaje. Variaciones momentneas de alto y bajo voltaje. Interrupcin permanente en equipos y/o en procesos. Armnicos. Transitorios (Transigentes). En la siguiente figura se presenta la forma de onda con las principales perturbaciones que atentan contra la calidad de la potencia elctrica.

A continuacin se presenta en la tabla las causas y efectos de las fallas ms frecuentes en un M.E. en relacin con lo expuesto anteriormente:

Causas y efectos de las fallas mas comunes en un M.E.

Otros factores que proveen las fallas en los M.E. Gran parte de las anormalidades que perjudican la operacin normal de las mquinas elctricas, pueden ser evitadas con providencias y cuidados de carcter preventivo. Ventilacin suficiente, limpieza y mantenimiento cuidadoso, son factores de mayor importancia. Otro factor importante es la intervencin inmediata cuando surge o es notado cualquier fenmeno, como por ejemplo: vibraciones, golpes de eje, resistencia de aislamiento permanentemente decreciente, indicios de humo y fuego, centellamiento o fuerte desgaste en los anillos colectores y escobas, variaciones bruscas de temperatura en los soportes o en los rodamientos. La primera accin a ser tomada cuando ocurren anormalidades de naturaleza elctrica o mecnica, es desconectar los motores y examinar todas las partes mecnicas y elctricas de la instalacin. En caso de incendio, la instalacin debe ser aislada de la red; lo que es hecho generalmente por la desconexin de las respectivas llaves. En la presencia de fuego en el interior del motor, se debe tratar de detenerlo y sofocarlo, cubriendo las aberturas de la ventilacin. Para combatirlo, deben ser usados extinguidores de polvo qumico seco o CO2, pero nunca agua. Daos Comunes A Los Motores De Induccin La mayora de los defectos en las bobinas se originan cuando son ultrapasadas las temperaturas lmites en toda la bobina, o en partes del mismo, en consecuencia de la sobrecarga de la corriente. Ellos se revelan a travs de oscurecimiento o carbonizacin del aislamiento de los alambres.

Corto circuito entre espiras El corto circuito entre espiras puede ser consecuencia de coincidir casualmente dos puntos defectuosos del aislamiento de los alambres o resultar de defectos provocados simultneamente en dos alambres que estn lado a lado. En las tres fases, se manifiestan corrientes desiguales cuya diferencia por tanto, conforme las circunstancias podrn ser tan pequeas que la proteccin del motor ni sienta. Corto circuito entre espiras, contra el hierro o entre las fases en consecuencia de defectos en el aislamiento, ocurren raramente y as mismo, casi siempre en los primeros tiempos despus del inicio de funcionamiento. Daos causados a las bobinas A) fase de la bobina quemada. Este dao ocurre cuando el motor trabaja conectado en tringulo y falta corriente en un conductor de la red. La corriente sube de 2 a 2,5 veces en las bobinas restantes, al mismo tiempo en que la rotacin cae acentuadamente. Si el motor para, la corriente subir de 3,5 hasta 4 veces su valor nominal. La mayora de las veces la ocurrencia de ese defecto se debe al hecho de no haber sido instalado ningn tipo de proteccin o entonces, el mecanismo de proteccin a sido regulado con valores muy altos. B) dos fases de bobinas quemadas. Este defecto ocurrir en caso de que falte corriente en un conductor de la red y la bobina del motor este conectado en estrella. Una de las fases de la bobina queda sin corriente mientras que las otras pasan a absorber toda la potencia y a conducir una corriente muy elevada. El valor del deslizamiento llega casi a duplicarse.

C) tres fases de las bobinas quemadas. Causa probable 1: El motor es protegido apenas por fusibles; sobrecarga en el motor ser la causa de la anormalidad. La consecuencia ser la carbonizacin progresiva de los alambres y del aislamiento terminando encorto circuito entre espiras o corto circuito contra la carcasa. Si el motor es protegido por una llave de proteccin esta anormalidad puede ser fcilmente evitada. Causa probable 2: El motor est conectado errado. Veamos por ejemplo: Un motor con bobinas proyectado para 220/380V es conectado a travs de llave estrella-tringulo a una red elctrica de 380V. La corriente absorbida ser tan alta que las bobinas quemarn en pocos segundos si los fusibles o una llave de proteccin incorrectamente ajustados no reaccionen inmediatamente. Causa probable 3: La llave estrella-tringulo no es conmutada y el motor contina girando durante algn tiempo, conectado en estrella, bajo el esfuerzo de una carga excesiva. En virtud de desenvolver apenas 1/3 de su torque, el motor no consigue llegar a su velocidad de giro nominal. La acentuacin del deslizamiento significa para el motor prdidas hmicas ms elevadas causadas por el efecto Joule. En virtud de la corriente del estator no ultrapasar, conforme la carga, su valor nominal para la conexin en tringulo, la llave de proteccin no reaccionar. El motor calentar en consecuencia del aumento de prdidas en las bobinas y en el rotor, y las bobinas quemarn. Causa probable 4: La sobrecarga trmica, por un nmero excesivo de arranques en el rgimen de operacin intermitente o por un periodo de arranque demasiado prolongado daara las bobinas. El perfecto funcionamiento de los motores que trabajan bajo ste rgimen podr ser asegurado si fueran debidamente llevados en cuenta los siguientes valores en la especificacin del motor:

a) Nmero de partidas por hora; b) Partida con o sin carga; c) Freno mecnico o de reversin de la corriente; d) Masas girantes aceleradas conectadas al eje del motor; e) Momento de carga en funcin de la rotacin, por ocasin de la aceleracin y del frenado. En virtud del continuo esfuerzo dispensado por el motor, por ocasin del arranque en rgimen intermitente dar origen a mayores perdidas, que provocarn calentamiento elevado, no provocan calentamiento ms elevado, no estarn fuera de cogitacin en casos especiales la posibilidad de que las bobinas del estator venga a sufrir daos con el motor parado, en consecuencia del calentamiento ocurrido en el motor. Daos causados al rotor (jaula). Si un motor girando con carga emite un ruido de intensidad variada y su frecuencia aumenta a medida que aumenta la carga, el motivo ser la mayora de las veces, la existencia de una desimetria en las bobinas del rotor. En motores con rotor de jaula la causa ser, casi siempre, una interrupcin en una o ms barras del rotor; simultneamente pueden ser constatadas variaciones peridicas de la corriente del estator. Este defecto acostumbra aparecer generalmente, solo en jaulas de aluminio fundidas en molde o bajo presin. Las interrupciones en una u otra barra se revelan por calentamiento local del paquete rotrico, mostrando manchas azuladas en los puntos afectados. Cuando existe interrupcin en varias barras contrapuestas pueden aparecer vibraciones con estremecimientos, que se comportan como las que acontecen en el desbalanceamiento y que son muchas veces, confundidas como tal.

Cuando el paquete rotrico adquiere una coloracin azulada o violeta, es seal de que est habiendo sobrecarga. Esto puede ser provocado por el deslizamiento demasiado acentuado, por excesivo nmero de arranques, o por periodo de arranque muy largo. El dao puede ser originado tambin por tensin insuficiente en la red elctrica. Daos en rotores con anillos. La interrupcin en una fase del bobinado rotrico se manifiesta por un fuerte ruido oscilante, que varia conforme el deslizamiento, sumado a variaciones peridicas bien ms acentuadas de la corriente del estator. En algunos casos raros, es posible que ocurra ruptura en la conexin entre el bobinado y la anilla colectora. Conviene ms aun, verificar primeramente si la interrupcin ocurri en la conexin al restato de partida o en el mismo. Cortos entre espiras en motores con anillos. Se trata de una anormalidad que solamente ocurre en casos extremamente raros. Dependiendo de la magnitud del corto circuito, el motor arranca con violencia, aunque el restato de partida este apenas en el punto inicial de su posicin de arranque. Como en ese caso las fuertes corr