Generador eléctrico

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APLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD EN LA INDUSTRIA 1.- DESCRIPCION DE UNA INDUSTRIA La industria es el conjunto de procesos y actividades que tienen como finalidad transformar las materias primas en productos elaborados, de forma masiva. Existen diferentes tipos de industrias, según sean los productos que fabrican. Por ejemplo, la industria alimenticia se dedica a la elaboración de productos destinados a la alimentación , como el queso, los embutidos, las conservas, las bebidas, etc. Para su desarrollo, la industria necesita materias primas y maquinarias y equipos para transformarlas. Desde el origen del hombre, este ha tenido la necesidad de transformar los elementos de la naturaleza para poder aprovecharse de ellos, en sentido estricto ya existía la industria, pero es hacia finales del siglo XVIII, y durante el siglo XIX cuando el proceso de transformación de los Recursos de la naturaleza sufre un cambio radical, que se conoce como revolución industrial . Este cambio se basa, básicamente, en la disminución del tiempo de trabajo necesario para transformar un recurso en un producto útil, gracias a la utilización de en modo de producción capitalista , que pretende la consecución de un beneficio aumentando los ingresos y disminuyendo los gastos. Con la revolución industrial el capitalismo adquiere una nueva dimensión, y la transformación de la naturaleza alcanza límites insospechados hasta entonces. Gracias a la revolución industrial las regiones se pueden especializar, sobre todo, debido a la creación de medios de transporte eficaces, en un mercado nacional y otro mercado internacional, lo más libre posible de trabas arancelarias y burocráticas. Algunas regiones se van a especializar en la 1 Univ. Vargas Cabrera Shadya

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APLICACIONES DE LA ELECTRICIDAD EN LA INDUSTRIA

1.- DESCRIPCION DE UNA INDUSTRIALa industria es el conjunto de procesos y actividades que tienen como finalidad transformar las materias primas en productos elaborados, de forma masiva. Existen diferentes tipos de industrias, segn sean los productos que fabrican. Por ejemplo, la industria alimenticia se dedica a la elaboracin de productos destinados a la alimentacin, como el queso, los embutidos, las conservas, las bebidas, etc. Para su desarrollo, la industria necesita materias primas y maquinarias y equipos para transformarlas. Desde el origen del hombre, este ha tenido la necesidad de transformar los elementos de la naturaleza para poder aprovecharse de ellos, en sentido estricto ya exista la industria, pero es hacia finales del siglo XVIII, y durante el siglo XIX cuando el proceso de transformacin de los Recursos de la naturaleza sufre un cambio radical, que se conoce como revolucin industrial. Este cambio se basa, bsicamente, en la disminucin del tiempo de trabajo necesario para transformar un recurso en un producto til, gracias a la utilizacin de en modo de produccin capitalista, que pretende la consecucin de un beneficio aumentando los ingresos y disminuyendo los gastos. Con la revolucin industrial el capitalismo adquiere una nueva dimensin, y la transformacin de la naturaleza alcanza lmites insospechados hasta entonces. Gracias a la revolucin industrial las regiones se pueden especializar, sobre todo, debido a la creacin de medios de transporte eficaces, en un mercado nacional y otro mercado internacional, lo ms libre posible de trabas arancelarias y burocrticas. Algunas regiones se van a especializar en la produccin industrial, conformando lo que conoceremos como regiones industriales. Una nueva estructura econmica, y la destruccin de la sociedad tradicional, garantizaron la disponibilidad de suficiente fuerza de trabajo asalariada y voluntaria.

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Situacin de las principales reas industriales en el mundo. La industria fue el sector motor de la economa desde el siglo XIX y, hasta la Segunda Guerra Mundial, la industria era el sector econmico que ms aportaba al producto interior bruto (PIB), y el que ms mano de obra ocupaba. Desde entonces, y con el aumento de la productividad por la mejora de las mquinas y el desarrollo de los servicios, ha pasado a un segundo trmino. Sin embargo, contina siendo esencial, puesto que no puede haber servicios sin desarrollo industrial. El capital de inversin, en Europa, procede de la acumulacin de riqueza en la agricultura. El capital agrcola se invertir en la industria y en los medios de transporte necesarios para poner en el mercado los productos elaborados. En principio los productos industriales harn aumentar la productividad de la tierra, con lo que se podr liberar fuerza de trabajo para la industria y se podrn obtener productos agrcolas excedentarios para alimentar a una creciente poblacin urbana, que no vive del campo. La agricultura, pues, proporciona a la industria capitales, fuerza de trabajo y mercancas. Todo ello es una condicin necesaria para el desarrollo de la revolucin industrial. En los pases del Tercer Mundo, y en algunos pases de industrializacin tarda, el capital lo proporciona la inversin extranjera, que monta las infraestructuras necesarias para extraer la riqueza y las plusvalas que genera la fuerza de trabajo; sin liberar de las tareas agrcolas a la mano de obra necesaria, sino slo a la imprescindible. En un principio hubo de recurrirse a la esclavitud para garantizar la mano de obra. Pero el cambio de la estructura econmica, y la destruccin de la sociedad tradicional, garantiz la disponibilidad de suficientes capitales

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La manufacturaLa manufactura es la forma ms elemental de la industria; la palabra significa "hacer a mano" pero en economa significa transformar la materia prima en un producto de utilidad concreta. Casi todo lo que usamos es un fruto de este proceso, y casi todo lo que se manufactura se elabora en grandes fbricas. Los artesanos tambin fabrican mercancas, bien solos o en pequeos grupos. Hay mercancas que necesitan fabricarse en varias etapas, por ejemplo los automviles, que se construyen con piezas que se han hecho en otras, por lo general de otros pases y de el mismo. O est constituida por empresas desde muy pequeas (tortilleras, panaderas y molinos, entre otras) hasta grandes conglomerados (armadoras de automviles, embotelladoras de refrescos, empacadoras de alimentos, laboratorios farmacuticos y fbricas de juguetes).

Tipos de industriasIndustria pesada: utiliza fbricas enormes en las que se trabaja con grandes cantidades de materia prima y de energa. -Siderrgicas: transforman el hierro en acero. -Metalrgicas: trabajan con otros metales diferentes al hierro ya sea cobre, aluminio ,etc. -Cementeras: fabrican cemento y hormign a partir de las llamadas rocas industriales. -Qumicas de base: producen cidos ,fertilizantes ,explosivos, pinturas y otras sustancias. -Petroquimicas: elabora plsticos y combustibles. Industria ligera: transforma materias primas en bruto o semielaboradas en productos que se destinan directamente al consumo de las personas y de las empresas de servicios. Alimentacin: utiliza productos agrcolas, pesqueros y ganaderos para fabricar bebidas, conservas, etc. Textil: fabrica tejidos y confecciona ropa a partir de fibras vegetales ,como el lino y el algodn, y fibras animales como la lana y sintticas como el nailon y el poliester.

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Industria de la Cervesa

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2.- GENERADOR DE CORRIENTE ELECTRICA

Generador elctrico

Generador en la central elctrica de Bridal veil Falls, Telluride, Colorado. Se tratara del generador ms antiguo que se mantiene en servicio (ao 2007) en EEUU.

Un generador elctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial elctrico entre dos de sus puntos, llamados polos, terminales o bornes. Los generadores elctricos son mquinas destinadas a transformar la energa mecnica en elctrica. Esta transformacin se consigue por la accin de un campo magntico sobre los conductores elctricos dispuestos sobre una armadura (denominada tambin esttor). Si mecnicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generar una fuerza electromotriz (F.E.M.). Estn basados en la ley de Faraday.

Generador elctrico de una fase que genera una corriente elctrica alterna (cambia peridicamente de sentido), haciendo girar un imn permanente cerca de una bobina. Un generador es una mquina elctrica que realiza el proceso inverso que un motor elctrico, el cual transforma la energa elctrica en energa mecnica. Aunque la16 Univ. Vargas Cabrera Shadya

corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayora de los generadores de corriente alterna son de tres fases. Otros sistemas de generacin de corrientes elctricas No slo es posible obtener una corriente elctrica a partir de energa mecnica de rotacin sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energa como punto de partida. Desde este punto de vista ms amplio,los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:y y

Primarios: Convierten en energa elctrica la energa de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores,dinamos, etc. Secundarios: Entregan una parte de la energa elctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energa de una corriente elctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energa. Posteriormente, transforman nuevamente la energa almacenada en energa elctrica. Un ejemplo son las pilas o bateras recargables.

Se agruparn los dispositivos concretos conforme al proceso fsico que les sirve de fundamento.

Generadores primariosSe indican de modo esquemtico la energa de partida y el proceso fsico de conversin. Se ha considerado en todos los casos conversiones directas de energa. Por ejemplo, el hidrgeno posee energa qumica y puede ser convertida directamente en una corriente elctrica en una pila de combustible. Tambin sera su combustin con oxgeno para liberar energa trmica, que podra expansionar un gas obteniendo as energa mecnica que hara girar un alternador para, por induccin magntica, obtener finalmente la corriente deseada.

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Energa de partida

Proceso fsico que convierte dicha energa en energa elctrica

Energa magneto-mecnica:

Son los ms frecuentes y fueron tratados como generadores elctricos genricos. ** Corriente continua: Dinamo ** Corriente alterna: Alternador

Energa qumica, sin intervencin de campos magnticos:

celdas electroqumicas y sus derivados: Pila elctrica, bateras, pilas de combustible. Ver sus diferencias en generadores electroqumicos.

Radiacin electromagntica:

Fotoelectricidad, como en el panel fotovoltaico

** Triboelectricidad A partir de energa mecnica, *** Cuerpos frotados sin intervencin de campos *** Mquinas electrostticas, como el generador de magnticos Van de Graaff ** Piezoelectricidad

Energa trmica, sin intervencin de campos magnticos:

Termoelectricidad (efecto Seebeck)

Energa nuclear, sin intervencin de campos magnticos:

Generador termoelctrico de radioistopos

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Generador termoelctrico de radioistopos de la sonda espacial Cassini.

En la mayora de los casos, el rendimiento de la transformacin es tan bajo que es preferible hacerlo en varias etapas. Por ejemplo, convertir la energa nuclear en energa trmica, posteriormente en energa mecnica de una gas a gran presin que hace girar una turbina a gran velocidad, para finalmente, por induccin electromagntica obtener una corriente alterna en un alternador, el generador elctrico ms importante desde un punto de vista prctico como fuente de electricidad para casi todos los usos.

Generadores idealesDesde el punto de vista terico (teora de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales:1y

Generador de voltaje o tensin: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga, Rc, que pueda estar conectada entre ellos.

Figura 1: Generador de tensin ideal; E = IRc

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y

Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos.

En la Figura 1 se ve el circuito ms simple posible, constituido por un generador de tensin constante E conectado a una carga Rc y en donde se cumplira la ecuacin:

Figura 2: E = I(Rc+Ri) El generador descrito no tiene existencia real en la prctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayora de los casos se comporta como tal. En la Figura 2 se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuacin anterior se transforma en: As, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensin con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.1

Fuerza electromotriz de un generadorUna caracterstica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon ( ), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador. La F.E.M. ( ) se mide en voltios y en el caso del circuito de la Figura 2, sera igual a la tensin E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b, es dependiente de la carga Rc. La F.E.M. ( ) y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser I = 0 no hay cada de tensin en Ri y por tanto Va-b = E.20 Univ. Vargas Cabrera Shadya

2.1.-EXITACION DE CAMPO

La excitacin magntica (tambin fuerza o campo magnetizante) es uno de los tres campos que describen el magnetismo desde el punto de vista macroscpico, y est relacionado con el movimiento de cargas libres y con los polos magnticos. Tambin se le llama por razones histricas intensidad de campo magntico, aunque para evitar confusiones con el autntico campo magntico (la induccin magntica B) se le ha dado este nombre y otros como campo H. Desde un punto de vista fsico, H y B son equivalentes en el vaco, salvo en una constante de proporcionalidad que depende del sistema de unidades: 1 en el sistema de Gauss, en el SI. Solo se diferencian en medios materiales con el fenmeno de la magnetizacin, por lo que el campo H se emplea sobre todo en electrotecnia. No debe confudirse el campo H con el campo exterior aplicado a un material, pues como se indica ms adelante el campo H tambin tiene fuentes internas en forma de polos magnticos.

Fuentes de H1) En una bobina, sin presencia de materiales magnticos, el valor de H depende de las cargas libres en movimiento, y que en este caso concreto es el producto del nmero de espiras por la intensidad que circula por la misma, tal como se expresa en la siguiente ecuacin:

Donde:y y y y

H: intensidad del campo en amperio-vuelta/metro (Av/m) N: nmero de espiras de la bobina I: intensidad de la corriente en amperios (A) L: longitud de la bobina en metros (m)

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2) Los materiales imanados tienen adems otra fuente de H en los polos ficticios que crea el campo M en la superficie. A esta parte del campo H se la llama en ocasiones campo desmagnetizante y es importante en los circuitos magnticos y los fenmenos de histresis. Cuando no hay corrientes libres, solo existe la parte de H originada en los polos y en ese caso se puede establecer una analoga con el campo elctrico y definir un potencial escalar magntico. Tambin se puede establecer una ley semejante a la ley de Coulomb pero con cargas magnticas:

3) Finalmente, tambin puede crear el campo H un campo elctrico variable. Matemticamente, la primera y la tercera se expresan con una de las ecuaciones de Maxwell:

La segunda se expresa con:

Relacin con otros camposEl campo H es uno de los tres campos que permiten la descripcin macroscpica del magnetismo. Los otros dos son B y M, y su relacin en unidades del SI es:

B y H se relacionan en el vaco, donde M es nulo, de la siguiente manera:

donde

0

es la permeabilidad magntica del vaco.

En la materia, la relacin se puede expresar en ocasiones como:

donde es la permeabilidad magntica del material en el que aparece el campo magntico. Es una variable de proporcionalidad que segn el sistema fsico que se22 Univ. Vargas Cabrera Shadya

observe puede ser una constante, por ejemplo 4 10^(-7) H/m en el vaco, un campo escalar dependiente del tiempo o de la posicin, o incluso un tensor en el caso de los materiales anisotrpicos. La geometra del cuerpo tambin influye, pues la relacin solo es lineal en barras infinitas, esferas y anillos de Rowland. Por tanto, se trata de una ecuacin constitutiva que describe el comportamiento de la materia y no una ley. Condiciones de contorno Se puede demostrar que en la frontera entre dos medios con distintas permeabilidades, la componente tangencial del campo H es la misma en ambos lados de la superficie, si no hay corrientes verdaderas. Este comportamiento es similar al del campo elctrico E, por lo que en fenmenos electromagnticos donde las condiciones de contorno son importantes, se emparejan estos dos campos.

2.2.- INTERACCION ELECTROMAGNETICALa interaccin electromagntica es la interaccin que ocurre entre las partculas con carga elctrica. Desde un punto de vista macroscpico y fijado un observador, suele separarse en dos tipos de interaccin, la interaccin electrosttica, que acta sobre cuerpos cargados en reposo respecto al observador, y la interaccin magntica, que acta solamente sobre cargas en movimiento respecto al observador. Las partculas fundamentales interactan electromagnticamente mediante el intercambio de fotones entre partculas cargadas. La electrodinmica cuntica proporciona la descripcin cuntica de esta interaccin, que puede ser unificada con la interaccin nuclear dbil segn el modelo electrodbil.

Electromagnetismo clsicoEn la descripcin del electromagnetismo antes de su formulacin relativista, el campo electromagntico se describa como una interaccin en la que las partculas cargadas en funcin de su carga y estado de movimiento creaban un campo elctrico (E) y un campo magntico (B) que, juntos, eran responsables de la fuerza de Lorentz. Maxwell prob que dichos campos podan ser derivados de un potencial escalar ( ) y un potencial vector (A) dados por las ecuaciones:

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Sin embargo, esta formulacin no era explcitamente covariante como requiere la formulacin que hace la teora de la relatividad. En la formulacin explcitamente covariante el campo electromagntico clsicamente se trata como un campo de YangMills sin masa y derivado de un cuadrivector de potencial. Ms concretamente el campo electromagntico es una 2-forma exacta definida sobre el espacio-tiempo. El cuadrivector potencial es una 1-forma cuya diferencial exterior es, precisamente, el campo electromagntico.

Electromagnetismo relativistaEn la Teora de la Relatividad Especial la interaccin electromagntica se caracteriza por un (cuadri)tensor de segundo orden, llamado tensor campo electromagntico:

Este tensor campo electromagntico satisface las ecuaciones de Maxwell que en notacin tensorial (y sistema cgs) se escriben habitualmente:1

Estas ecuaciones pueden escribirse de forma ms compacta usando la derivada exterior y el operador dual de Hodge de forma muy elegante como:

De hecho dada la forma de las ecuaciones anteriores, si el dominio sobre el que se extiende el campo electromagntico es simplemente conexo (estrellado) el campo electromagntico puede expresarse como la derivada exterior de un cuadrivector llamado potencial vector, relacionado con los potenciales del electromagnetismo clsico de la siguiente manera:

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Donde: , es el potencial electroesttico. , es el potencial vector clsico.

Esta substitucin facilita enormemente la resolucin de dichas ecuaciones, la relacin entre el cuadrivector potencial y el tensor de campo electromagntico resulta ser:

El hecho de que la interaccin electromagntica pueda representarse por un (cuadri)vector que define completamente el campo electromantico (siempre y cuando el dominio sea estrellado) es la razn por la que se afirma en el tratamiento moderno que la interaccin electromagntica es un campo vectorial (y por lo que en el tratamiento cuntico se dice que est representado por bosones vectoriales). En relatividad general es tratamiento del campo electromagntico en un espaciotiempo curvo es similar al presentado aqu para el espacio de Minkowski, slo que las derivadas parciales respecto a las coordenadas deben substituirse por derviadas coviarantes.

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Electromagnetismo cunticoEl tratamiento que la fsica cuntica hace del electromagnetismo se conoce con el nombre de electrodinmica cuntica o QED. En esta teora el campo est asociado a una partcula sin masa denominada fotn, cuyas interacciones con las partculas cargadas son las causantes de todos los fenmenos del electromagnetismo. Cuando en esta teora se introduce la interpretacin de partculas, mediante el formalismo del espacio de Fock, la materia es interpretada por estados ferminicos, mientras que el propio campo electromagntico queda descrito por estados de bosones gauge "portadores de la interaccin", llamados fotones.

2.3.- TIPOS DE GENERADORES

La tarea de los generadores, que es de transformacin de la energa, no puede producirse si los conductores elctricos no reciben el efecto que produce el campo magntico. La diferencia de potencial a la que nos referimos anteriormente solo puede mantenerse constante cuando una fuerza electromotriz surge del movimiento entre ese campo magntico y esos conductores elctricos. Dentro de la categora mayor de generador elctrico, hay una subdivisin de ndole primaria y secundaria. El generador primario es el que tiene a su cargo la transformacin en energa elctrica de otra energa, de cualquier ndole. La diferencia con el generador secundario, es que el generador primario transforma una energa que o bien tiene desde un comienzo o bien que recibe para su posterior transformacin. El generador secundario, en cambio, lo que hace es entregar la energa elctrica que recibi anteriormente.

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Generadores elctricos y la obtencin de energa

El proceso de generacin de energa elctrica es el de transformacin a partir de generadores. Y para que haya una transformacin, debe haber una fuente que se tome como base para realizar el cambio. Dicha fuente es toda energa que sea considerada como no elctrica. En este grupo entran las siguientes energas: trmica, mecnica, luminosa y qumica, entre otras. Este cambio en la energa se lleva a cabo en inmediaciones apropiadamente denominadas centrales elctricas, las cuales realizan tan solo los primeros pasos del proceso. Los siguientes se corresponden ya al suministro de la energa que ha sido generada, es decir, todos los pormenores del transporte y la distribucin. En cuanto a esa fuente que se toma para la transformacin, se la conoce con el nombre de fuente primaria. La naturaleza de la misma es la que va a condicionar el tipo de central de generadores de energa. Por ejemplo, la central termoelctrica genera energa elctrica a partir de energa expulsada en forma de calor por la combustin de gas o petrleo, por mencionar algunos ejemplos. En el caso de la central generadora nuclear, en la misma se ejecuta el proceso de transformacin de energa nuclear en energa elctrica. En las centrales elicas se utiliza la energa cintica que genera la corriente de aire; en las centrales mareomotrices, la energa que surge de las mareas, etc. Pero a pesar de las diferencias en el rasgo distintivo de la fuente primaria, todas estas centrales que poseen generadores de energa elctrica tienen en su haber, como dispositivo clave, el elemento generador de energa. El mismo est formado, bsicamente, por un alternador. Se trata de una mquina que es la que termina de realizar la transformacin de la fuente o energa primaria en energa elctrica. El proceso que emplea es el de induccin, que produce el voltaje, tambin llamado fuerza electromotriz. Lo que se genera a travs de la induccin es una corriente elctrica cuya magnitud y direccin estn en permanente variacin cclica. A esta corriente se la conoce con el27 Univ. Vargas Cabrera Shadya

nombre de corriente alterna. El alternador, entonces, siempre debe contar con un elemento inductor generador del campo magntico y un elemento pasivo, sometido, inducido, que siempre estar atravesado de par en par por las fuerzas emanadas del campo magntico. Cabe mencionar que el alternador no podr funcionar sin la accin de una mquina de fluido, comnmente conocida como turbina, que va a fluctuar en sus caractersticas segn las caractersticas de la energa primaria que se va a transformar, de ah que haya una turbina especial para cada central que posea generadores de energa elctrica.

3.- DETERMINACION DEL FACTOR DE POTENCIA EN EL CONSUMO INDUSTRIALTringulo de potencias El llamado tringulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma grfica qu es el factor de potencia o coseno de fi (Cos ) y su estrecha relacin con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito elctrico de corriente alterna.

Como se podr observar en el tringulo de la ilustracin, el factor de potencia o coseno de fi (Cos ) representa el valor del ngulo que se forma al representar grficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relacin existente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o el consumidor conectado a un circuito elctrico de corriente alterna. Esta relacin se puede representar tambin, de forma matemtica, por medio de la siguiente frmula:

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El resultado de esta operacin ser 1 o un nmero fraccionario menor que 1 en dependencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en especfico. Ese nmero responde al valor de la funcin trigonomtrica coseno , equivalente a los grados del ngulo que se forma entre las potencias (P) y (S). Si el nmero que se obtiene como resultado de la operacin matemtica es un decimal menor que 1 (como por ejemplo 0,95), dicho nmero representar el factor de potencia correspondiente al defasaje en grados existente entre la intensidad de la corriente elctrica y la tensin o voltaje en el circuito de corriente alterna. Lo ideal sera que el resultado fuera siempre igual a 1 , pues as habra una mejor optimizacin y aprovechamiento del consumo de energa elctrica, o sea, habra menos prdida de energa no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los generadores que producen esa energa. En los circuitos de resistencia activa, el factor de potencia siempre es 1 , porque como ya vimos anteriormente en ese caso no existe desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensin o voltaje. Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayora de los dispositivos o aparatos que trabajan con algn tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra con una fraccin decimal menor que 1 (como por ejemplo 0,8), lo que indica el retraso o desfasaje que produce la carga inductiva en la sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de la tensin o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna con un factor de potencia o Cos = 0,95 , por ejemplo, ser mucho ms eficiente que otro que posea un Cos = 0,85 .

3.1 Qu es Factor de Potencia?

Denominamos factor de potencia al cociente entre la potencia activa y la potencia aparente, que es coincidente con el coseno del ngulo entre la tensin y la corriente cuando la forma de onda es sinusoidal pura, etc. O sea que el factor de potencia debe tratarse que coincida con el coseno phi pero no es lo mismo. Es aconsejable que en una instalacin elctrica el factor de potencia sea alto y algunas empresas de servicio electroenergtico exigen valoresde 0,8 y ms. O es simplemente el nombre dado a la relacin de la potencia activa usada en un circuito, expresada en vatios o kilovatios (KW), a la potencia aparente que se obtiene de las lneas de alimentacin, expresada en voltio-amperios o kilovoltio-amperios (KVA). Las cargas industriales en su naturaleza elctrica son de carcterreactivo a causa de la presencia principalmente de equipos de refrigeracin, motores, etc. Este carcter29 Univ. Vargas Cabrera Shadya

reactivo obliga que junto al consumode potencia activa (KW) se sume el de una potencia llamada reactiva (KVAR), las cuales en su conjunto determinan el comportamientooperacional de dichos equipos y motores. Esta potencia reactiva ha sido tradicionalmente suministrada por las empresas de electricidad, aunque puede ser suministrada por las propias industrias. Al ser suministradas por las empresas de electricidad deber ser producida y transportada por las redes, ocasionando necesidades de inversin en capacidades mayores de los equipos y redes de transmisin y distribucin. Todas estas cargas industriales necesitan de corrientes reactivas para su operacin.

FACTOR DE POTENCIA Valor correspondiente a la funcin trigonomtrica coseno de diferentes ngulos agudos ngulo agudo Funcin coseno 15 30 45 60 75 0,97 0,87 0,71 0,50 0,26

El dato del factor de potencia de cada motor es un valor fijo, que aparece generalmente indicado en una placa metlica pegada a su cuerpo o carcasa, donde se muestran tambin otros datos de inters, como su tensin o voltaje de trabajo en volt (V), intensidad de la corriente de trabajo en amper (A) y su consumo de energa elctrica en watt (W) o kilowatt (kW). Ya vimos anteriormente que la potencia de un motor elctrico o de cualquier otro dispositivo que contenga bobinas o enrollados se puede calcular empleando la siguiente frmula matemtica:

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El resultado de esta operacin matemtica estar dada siempre en watt (W), por lo que para convertir en kilowatt (kW) el valor obtenido, ser necesario dividir primero la cifra resultante entre 1000. Por otra parte, como el valor de (P) viene dado en watt, sustituyendo (P) en la frmula anterior podemos decir tambin que:

, por tanto

De donde: W = Potencia de consumo del dispositivo o equipo en watt V = Tensin o voltaje aplicado al circuito I = Valor del flujo de corriente que fluye por el circuito en amper (A) Cos = Factor de potencia que aparece sealado en la placa del dispositivo o equipo Si conocemos la potencia en watt de un dispositivo o equipo, su voltaje de trabajo y su factor de potencia, y quisiramos hallar cuntos ampere (A) de corriente fluyen por el circuito (digamos, por ejemplo, en el caso de un motor), despejando (I) en la frmula anterior tendremos:

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El resultado de esa operacin lo obtendremos directamente en ampere (A). En caso que el valor de la potencia est dada en kilowatt (kW), podemos utilizar la misma frmula, pero habr que multiplicar la cifra correspondiente a los kilowatt por 1000 para convertirlos en watt:

El resultado de esta otra operacin matemtica ser, igualmente, el valor de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A). Habamos visto tambin que una carga capacitiva (compuesta por condensadores o capacitores) conectada a un circuito elctrico de corriente alterna provoca el adelantamiento de la sinusoide de intensidad de la corriente con relacin a la sinusoide de la tensin o voltaje. Esto produce un efecto de desfasaje entre ambas magnitudes elctricas, pero ahora en sentido inverso al desfasaje que provocan las cargas inductivas.

Por tanto, cuando en la red de suministro elctrico de una industria existen muchos motores y transformadores funcionando, y se quiere mejorar el factor de potencia, ser necesario emplear bancos de capacitores dentro de la propia industria, conectados directamente a la red principal. En algunas empresas grandes se pueden encontrar tambin motores de corriente alterna del tipo "sincrnicos" funcionando al vaco, es decir, sin carga, para mejorar tambin el factor de potencia. Banco de capacitores instalados en un circuito elctrico de fuerza, con el fin de. mejorar el coseno de "fi" o factor de potencia en una instalacin industrial.

De esa forma los capacitores, al actuar sobre la sinusoide de la corriente, produce el efecto contrario al de la inductancia, impidiendo que la corriente (I) se atrase mucho en relacin con el voltaje (V). As se tratar de que las sinusoides se pongan en fase y que el valor del factor de potencia se aproxime lo ms posible a 1 .

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3.1 Por qu existe un bajo factor de potencia?La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo fsico directo en los equipos, es necesaria para producir el flujo electromagntico que pone en funcionamiento elementos tales como: motores, transformadores, lmparas fluorescentes, equipos de refrigeracin y otros similares. Cuando la cantidad de estos equipos es apreciable los requerimientos de potencia reactiva tambin se hacen significativos, lo cual produce una disminucin del exagerada del factor de potencia. Un alto consumo de energa reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de:y y y y

Un gran nmero de motores. Presencia de equipos de refrigeracin y aireacondicionado. Una sub-utilizacin de la capacidad instalada en equipos electromecnicos, por una mala planificacin y operacin en el sistema elctrico de la industria. Un mal estado fsico de la red elctrica y de los equipos de la industria.

Cargas puramente resistivas, tales como alumbrado incandescente, resistenciasde calentamiento, etc. no causan este tipo de problema ya que no necesitan de la corriente reactiva. Por qu resulta daino y caro mantener un bajo factor de Potencia? El hecho de que exista un bajo factor de potencia en su industria produce los siguientes inconvenientes: Al suscriptor:y y y y y

Aumento de la intensidad de corriente Prdidas en los conductores y fuertes cadas de tensin Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reduccin de su vida til y reduccin de la capacidad de conduccin de los conductores La temperatura de los conductores aumenta y esto disminuye la vida de su aislamiento. Aumentos en sus facturas por consumo de electricidad.

A la empresa distribuidora de energa:y y y

Mayor inversin en los equipos de generacin, ya que su capacidad en KVA debe ser mayor, para poder entregar esa energa reactiva adicional. Mayores capacidades en lneas de transmisin y distribucin as como en transformadores para el transporte y transformacin de esta energa reactiva. Elevadas cadas de tensin y baja regulacin de voltaje, lo cual puede afectar la estabilidad de la red elctrica.33

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Una forma de que las empresas de electricidad a nivel nacional e internacional hagan reflexionar a las industrias sobre la conveniencia de generar o controlar su consumo de energa reactiva ha sido a travs de un cargo por demanda, facturado en Bs./KVA, es decir cobrndole por capacidad suministrada en KVA. Factor donde se incluye el consumo de los KVAR que se entregan a la industria.

3.3.- Cmo puedo mejorar el Factor de Potencia?Mejorar el factor de potencia resulta prctico y econmico, por medio de la instalacin de condensadores elctricos estticos, o utilizando motores sincrnicos disponibles en la industria (algo menos econmico si no se dispone de ellos). A continuacin se tratar de explicar de una manera sencilla y sin complicadas ecuaciones ni trminos, el principio de cmo se mejora el factor de potencia: El consumo de KW y KVAR (KVA) en una industria se mantienen inalterables antes y despus de la compensacin reactiva (instalacin de los condensadores), la diferencia estriba en que al principio los KVAR que esa planta estaba requiriendo, deban ser producidos, transportados y entregados por la empresa de distribucin de energa elctrica, lo cual como se ha mencionado anteriormente, le produce consecuencias negativas . Pero esta potencia reactiva puede ser generada y entregada de forma econmica, por cada una de las industrias que lo requieran, a travs de los bancos de capacitores y/o motores sincrnicos, evitando a la empresa de distribucin de energa elctrica, el generarla transportarla y distribuirla por sus redes.

3.4 EJEMPLO DE APLICACINUn capacitor instalado en el mismo circuito de un motor de induccintiene como efecto un intercambio de corriente reactiva entre ellos. La corriente de adelanto almacenada por el capacitor entonces alimenta la corriente de retraso requerida por el motor de induccin. La figura 4 muestra un motor de induccin sin correccin de factor de potencia. El motor consume slo 80 amp. para su carga de trabajo. Pero la corriente de magnetizacin que requiere el motor es de 60 amp, por lo tanto el circuito de alimentacin debe conducir: 100amp. (802 + 602) = 100 amp . Por la lnea de alimentacin fluye la corriente de trabajo junto con la corriente no til o corriente de magnetizacin. Despus de instalar un capacitor en el motor para34 Univ. Vargas Cabrera Shadya

satisfacer las necesidades de magnetizacin del mismo, como se muestra en la figura 5, el circuito de alimentacin slo tiene que conducir y suministrar 80 amp. para que e1 motor efecte el mismo trabajo. Ya que el capacitor se encarga de entregar los 60 amp. Restantes. El circuito de alimentacin conduce ahora nicamente corriente de trabajo. Esto permite conectar equipo elctrico adicional en el mismo circuito y reduce los costos por consumo de energa como consecuencia de mantener un bajo factor de potencia. Ejemplo de aplicacin para determinar la potencia reactiva capacitiva necesaria para corregir el factor de potencia:

Si se desea alcanzar un valordeterminado del factor de potencia cos fi2 en una instalacin cuyo factor de potencia existente cos fi1 se desconoce, se determina ste con ayuda de un contador de energa activa, un ampermetro y un voltmetro. P: Potencia activa, en kW S1: Potencia aparente, en kVA Qc: Potencia del capacitor, en kVAr U: Tensin, en V I: Intensidad de corriente, en A n: Nmero de vueltas del disco contador por min. c: Constante del contador (indicada en la placa de tipos del contador como velocidad de rotacin por kWh). cos fi1: Factor de potencia real cos fi2: Factor de potencia mejorado Valores medidos: U= 380V; I= 170A.

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Valores indicados por el contador: n= 38r/min.; c= 30 U/kWh. El factor de potencia cos fi1 existente se ha de compensar hasta que alcance un valor de cos fi2= 0,9. Potencia activa: P= n.60/c = (38 r/min . 60)/(30 U/kWh) = 76 kW Potencia aparente: S1= (U.I.1,73)/1000 = (380V . 170A . 1,73)/1000 = 112 kVA Factor de potencia existente: cos fi1= P/S1= 76 kW/112 kVA = 0,68 Ya que cos fi= P/S y tan fi= Q/P; y a cada ngulo fi corresponde un valor determinado de la tangente y del coseno, se obtiene la potencia reactiva: antes de la compensacin Q1= P.tan fi1; y despus de la compensacin Q2= P.tan fi2; resultando, segn las funciones trigonomtricas: de cos fi1= 0,68 se deduce tan fi1= 1,08 y de cos fi2= 0,9 se deduce tan fi2= 0,48 Por consiguiente, se precisa una potencia del capacitor de: Qc= P.(tan fi1 - tan fi2) = 76 kW (1,08 - 0,48) = 45,6 kVAr Analizando la correspondiente tabla , se llega al mismo resultado de la siguiente forma: en ella se indican los valores de tan fi1 tan fi2 . En el presente ejemplo resulta, para un valor de cos fi1= 0,68 y uno deseado de cos fi2= 0,9; un factor de F= 0,595 kVar/kW. En tal caso, la potencia del capacitor necesaria es: Qc= P.F = 76 kW . 0,595 (kVAr/kW) = 45,6 kVAr Se elige el capacitor de magnitud inmediata superior, en ste caso el de 50 kVAr. Como medir potencia y factor de potencia con ampermetro Este mtodoes muy prctico por que en ocasiones no tenemos un wattmetro a la mano o bien no lo podemos comparar por el costo tan elevado, pues bien aqu tienes un mtodo prctico que solo necesitas una resistencia (puede ser una como las que usan las parrillas), un ampermetro o un volmetro y aplicar unas formulas matemticas (ley de los senos y cosenos) Procedimiento: a) conecta en paralelo la resistencia con la carga que quieres medir el f.p. b) anota los valores RMS de la corriente que entrega la fuente, la corriente que pasa por la resistencia y la corriente que pasa por la carga Listo!

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c) ahora resuelve tu problema como un anlisis vectorial y aplicando las leyes de Kirchoff suponiendo que el ngulo del voltaje es cero y calcula el ngulo. Como ya conoces las magnitudes IL, IT, IR Calcula el ngulo b por lo tanto, q = 180 - b F.P = COS (180 - b ) Watts = P VI Cos ( 180 - b ) Como medir potencia y f.p con un volmetro Este mtodo es similar al visto anteriormente pero ahora con un vlmetro y un circuito en serie y suponiendo que la corriente tiene un ngulo de cero. f.p= Cos ( 180-b ) Watts=P=VI Cos (180 -b )

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4.- TIPOS DE CONEXIN EN REDES DE DISTRIBUCION

Red de distribucin de energa elctrica

Sistema de suministro elctrico.

La Red de Distribucin de la Energa Elctrica o Sistema de Distribucin de Energa Elctrica es la parte del sistema de suministro elctrico cuya funcin es el suministro de energa desde la subestacin de distribucin hasta los usuarios finales (medidor del cliente). Los elementos que conforman la red o sistema de distribucin son los siguientes: Subestacin de Distribucin de casitas: conjunto de elementos (transformadores, interruptores, seccionadores, etc.) cuya funcin es reducir los niveles de alta tensin de las lneas de transmisin (o subtransmisin) hasta niveles de media tensin para su ramificacin en mltiples salidas.y y

Circuito Primario. Circuito Secundario.

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La distribucin de la energa elctrica desde las subestaciones de transformacin de la red de transporte se realiza en dos etapas. La primera est constituida por la red de reparto, que, partiendo de las subestaciones de transformacin, reparte la energa, normalmente mediante anillos que rodean los grandes centros de consumo, hasta llegar a las estaciones transformadoras de distribucin. Las tensiones utilizadas estn comprendidas entre 25 y 132 kV. Intercaladas en estos anillos estn las estaciones transformadoras de distribucin, encargadas de reducir la tensin desde el nivel de reparto al de distribucin en media tensin. La segunda etapa la constituye la red de distribucin propiamente dicha, con tensiones de funcionamiento de 3 a 30 kV y con una caracterstica muy radial. Esta red cubre la superficie de los grandes centros de consumo (poblacin, gran industria, etc.), uniendo las estaciones transformadoras de distribucin con los centros de transformacin, que son la ltima etapa del suministro en media tensin, ya que las tensiones a la salida de estos centros es de baja tensin (125/220 220/380 V1 ). La lneas que forman la red de distribucin se operan de forma radial, sin que formen mallas, al contrario que las redes de transporte y de reparto. Cuando existe una avera, un dispositivo de proteccin situado al principio de cada red lo detecta y abre el interruptor que alimenta esta red. La localizacin de averas se hace por el mtodo de "prueba y error", dividiendo la red que tiene la avera en dos mitades y energizando una de ellas; a medida que se acota la zona con avera, se devuelve el suministro al resto de la red. Esto ocasiona que en el transcurso de localizacin se pueden producir varias interrupciones a un mismo usuario de la red.

Topologas tpicas de redes de distribucin La topologia de una red de distribucion se refiere al esquema o arreglo de la distribucion, esto es la forma en que se distribuye la energia por medio de la disposicion de los segmentos de los circuitos de distribucion. En este sentido se enfoca a la forma como se distribuye la energia a partir de la fuente de suministro.

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Red radial o redes en antena Se caracteriza por la alimentacin por uno solo de sus extremos transmitiendo la energa en forma radial a los receptores y el emisor. Ventajas Resaltan su simplicidad y la facilidad que presentan para ser equipadas de protecciones selectivas. Desventajas Su falta de garanta de servicio. Estas desventajas pueden ser compensadas en la actualidad con los dispositivos modernos de desconexin automtica de la zona en falla llamados "Organos de Corte de Red" o la utilizacin de los dispositivos llamados "Reconectadores" que desconectan y cierran la zona en falla, procurando de esa manera despejar la zona en falla y volver el servicio sobre la lnea completa Red en bucle abierto Esto significa que cualquier punto de consumo, en esta estructura, puede ser alimentado por dos posibles caminos elctricos, dado que uno solo de estos dos caminos es efectivo, la emergencia se realiza mediante esta posibilidad de bucle. Ventajas Todas las ventajas de la distribucin en redes radiales y adems la posibilidad de alimentar alternativamente de una fuente u otra, con lo que ante situaciones de falta y utilizando los OCR y Reconectadores, quedara siempre fuera de servicio la zona en falta ms pequea posible y el resto de la lnea en servicio Desventajas si la estructura esta alejada del pararrayos la electricidad seria dirigida a las puntas de la tierra lo cual afectara a las estructuras cercanas

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Red en anillo o en bucle cerrado se caracteriza por tener dos de sus extremos alimentados, quedando estos puntos intercalados en el anillo o bucle. Ventajas Como ventaja fundamental podemos citar su seguridad de servicio y facilidad de Criterios para diseo de redes de distribucin Regulacin La regulacin se relaciona con la cada de tensin en los conductores de una red determinada, en generadores y transformadores elctricos. No resulta conveniente que haya una cada de tensin excesiva en el conductor por que el usuario final o transformador de MT a BT tensin estara alimentado por un valor reducido de tensin muy distinto al valor asignado. Existen bsicamente dos definiciones de regulacin, dependiendo del pas donde se haga la instalacin:y

Normativa estadounidense: la regulacin se define como sigue:

V2n es la tensin en bornes de la carga o transformadory

Normativa europea (IEC): la regulacin es definida como:

donde: V1n es la tensin aguas arriba de la carga o transformador, es decir en el alimentador La regulacin dada por IEC es mayor que la normativa americana.

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Criterio econmico Corrientes de cortocircuito Las corrientes de cortocircuito para faltas fase a fase estarn limitadas nicamente por las impedancias de la fuente, de la lnea, y de la propia falta, as aque en la medida que la fuente disponga de ms potencia de cortocircuito circular por la lnea mayor corriente. Las corrientes de cortocircuito fase a tierra, estn limitadas por todas las razones anteriores pero adems por el sistema de puesta a tierra del neutro de la Red. Existen varias formas de hacerlo. Aislado. Que producen las mnimas corrientes y mximas sobretensiones, quiz recomendable para distribuciones no muy extensas y que la necesidad de continuar con la lnea en falta en servicio sea imperiosa. La deteccin de la falta de una forma selectiva tiene cierta complicacin. No obstante, se recomienda que se haga la transferencia a una lnea sana en el menor tiempo posible. Puesto directamente a tierra. Que producen las mximas corrientes y mnimas sobretensiones, quiz recomendable para distribuciones extensas y que puedan ser seccionadas mediante dispositivos semiautomticos o automticos. La deteccin selectiva de la falta resulta fcil, con lo que unido al uso de dispositivos automticos "Reconectadores", se dejara fuera de servicio la zona en falta. Otras formas intermedias de tratamiento del neutro, "PaT resistivo", "PaT inductivo", "Corriente muy limitada a unos pocos amperios" "Corriente menos limitada a unos cientos de amperios", "Corriente muy limitada a unos pocos amperios y conectndola casi directamente a tierra durante pequeo espacio de tiempo", etc.,etc. todos ellos se pueden acercar ms al sistema aislado o al sistema puesto a tierra y cada diseador de la Red debe sopesar detenidamente las desventajas y ventajas de cada sistema en su caso particular. Hay que tener en cuenta que la correcta eleccin es muy importante ya que pasados unos aos se muy difcil reestructurar la Red para cambiar el sistema de puesta a tierra

4.1 CONEXCION ESTRELLA TRIANGULOCon el propsito de poder simplificar el anlisis de un circuito a veces es conveniente poder mostrar todo o una parte del mismo de una manera diferente, pero sin que el funcionamiento general de ste cambie. Algunos circuitos tienen un grupo de resistores que estn ordenados formando como un tringulo (circuito en configuracin tringulo) y otros como una estrella (circuito en configuracin estrella). Ver los diagramas.

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Hay una manera sencilla de convertir estos resistores de un formato al otro y viceversa. No es slo asunto de cambiar la posicin de las resistores si no de obtener los nuevos valores que estos tendrn. La frmulas a utilizar son las siguientes: (ver los grficos anteriores) Conversin de configuracin delta a estrella R1 = (Ra x R2 = (Rb x - R3 = (Ra x Rb) / (Ra + Rb + Rc) Rc) Rc) / / (Ra (Ra + + Rb Rb + + Rc) Rc)

Para este caso el denominador es el mismo para todas las ecuaciones. Si Ra = Rb = Rc = RDelta, entonces R1 = R2 = R3 = RY y las ecuaciones anteriores se reducen a RY = RDelta / 3 Conversin de configuracin estrella a delta - Ra = [ (R1 x R2) + (R1 x R3) - Rb = [ (R1 x R2) + (R1 x R3) - Rc = [ (R1 x R2) + (R1 x R3) + (R2 x R3) ] / R3 + + (R2 (R2 x x R3) R3) ] ] / / R2 R1

Para este caso el numerador es el mismo para todas las ecuaciones. Si R1 = R2 = R3 = RY, entonces Ra = Rb = Rc = RDelta y las ecuaciones anteriores se reducen a RDelta = 3xRY Ejemplo:

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En el grfico que se al lado izquierdo, dentro del recuadro una conexin tipo Delta, en serie con una resistor R. Si se realiza la transformacin de los resistores que estn en configuracin Delta a configuracin Estrella se obtiene lo que est al lado derecho del grfico (ver el recuadro). Ahora se tiene al resistor R en serie con el resistor R1. Estos se suman y se obtiene un nuevo resistor R1. Esta nueva conexin en Estrella puede quedarse as o convertirse otra vez a una conexin Delta Nota: Conexin Estrella Conexin Delta = Conexin Tringulo = Conexin "Y"

4.2 .- OTRO TIPO DE CONEXCIONES

Conexin en tringulo equilibrado. En un sistema trifsico con una conexin en tringulo tenemos que las intensidades que aparecen entre las impedancias o resistencias se encuentran en fase con las respectivas tensiones de esas resistencias. Pero asimismo, existe un desfase de 120 entre estas intensidades. Lo mismo sucede con las tensiones, es decir, hay un desfase de 120. As tenemos, y para entendernos mejor, que las intensidades de fase: I12, I23 e I31 se encuentran en fase con sus respectivas tensiones, que son las generadas en cada lnea:U12, U23 y U31.

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Adems, tenemos otras tres intensidades de lnea: I1, I2 e I3 , a las cuales, si les aplicamos la ley de Kirchhoff, tendremos la siguiente relacin entre intensidades de lnea y fase:

El diagrama fasorial de las intensidades y su correspondencia lo podemos ver en el siguiente dibujo, que seguro nos aclarar los conceptos:

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Como podemos observar en el diagrama fasorial, entre las intensidades:I1, I2 e I3 existe un desfase de 120, lo mismo que sucede con las tres intensidades que atraviesan a las resistencias. Sin embargo, entre las intensidades:I1, I2 e I3 y las intensidades:I12, I23 e I31 existe un desfase de 30. Esto lo vamos a aprovechar para emplear nuestros conocimientos de trigonometra y saber con exactitud la correspondecia existente entre las intensidades de fase y las intensidades de lnea. Escogiendo la primera relacin entre intensidades:

y aplicando nuestros conocimientos en trigonometra, obtenemos el siguiente desarrollo ecuacional:

Lo

cual,

si

generalizamos

obtendremos

la

siguiente

ecuacin:

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5.- HORNO ELECTRICO PARA FUNDIR METALES

Horno de induccinEs un horno elctrico en el que el calor es generado por calentamiento por la induccin elctrica de un medio conductivo (un metal) en un crisol alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas magnticas. El principio de calentamiento de un metal por medio de la induccin fue descubierto por Michael Faraday en 1831 mientras se encontraba experimentando en su laboratorio.1 Una ventaja del horno de induccin es que es limpio, eficiente desde el punto de vista energtico, y es un proceso de fundicin y de tratamiento de metales ms controlable que con la mayora de los dems modos de calentamiento. Otra de sus ventajas es la capacidad para generar una gran cantidad de calor de manera rpida. Los principales componentes de un sistema de calentamiento por induccin son: la bobina de induccin, la fuente de alimentacin, la etapa de acoplamiento de la carga, una estacin de enfriamiento y la pieza a ser tratada.1 Las fundiciones ms modernas utilizan este tipo de horno y cada vez ms fundiciones estn sustituyendo los altos hornos por los de induccin, debido a que aquellos generaban mucho polvo entre otros contaminantes. El rango de capacidades de los hornos de induccin abarca desde menos de un kilogramo hasta cien toneladas y son utilizados para fundir hierro y acero, cobre, aluminio y metales preciosos. Uno de los principales inconvenientes de estos hornos es la imposibilidad de refinamiento; la carga de materiales ha de estar libre de productos oxidantes y ser de una composicin conocida y algunas aleaciones pueden perderse debido a la oxidacin (y deben ser reaadidos). El rango de frecuencias de operacin va desde la frecuencia de red (50 60 Hz) hasta los 10 KHz, en funcin del metal que se quiere fundir, la capacidad del horno y la velocidad de fundicin deseada - normalmente un horno de frecuencia elevada (ms de 3000 Hz) es ms rpido, siendo utilizados generalmente en la fundicin aceros, dado que la elevada frecuencia disminuye la turbulencia y evita la oxidacin. Frecuencias menores generan ms turbulencias en el metal, reduciendo la potencia que puede aplicarse al metal fundido. En la actualidad los hornos de frecuencia de lnea (50 60 Hz, segn pas) han quedado en desuso, ya que los mismos posean muy poca eficiencia energtica y adems cargaban con un alto coste de mantenimiento, dado que contenan una gran cantidad de elementos electromecnicos. En las ltimas dcadas (aproximadamente desde finales del 70') se han incorporado equipos de estado slido, conformados en su48 Univ. Vargas Cabrera Shadya

etapa de potencia con componentes tales como tiristores (diodos SCR) y transistores de potencia tipo IGBT, con lo que el rendimiento y eficiencia de estos equipos ha aumentado considerablemente. Un horno para una tonelada precalentado puede fundir una carga fra en menos de una hora. En la prctica se considera que se necesitan 600 kW para fundir una tonelada de hierro en una hora. Un horno de induccin en funcionamiento normalmente emite un zumbido, silbido o chirrido (debido a la magnetostriccin), cuya frecuencia puede ser utilizada por los operarios con experiencia para saber si el horno funciona correctamente o a qu potencia lo est haciendo.

OBTENCIN DE ACERO EN HORNO ELCTRICO Principio: Irradiacin de calor hacia el bao desde un arco formado entre dos electrodos colocados en posicin sobre la carga. Materia prima: Chatarra. Descripcin de operaciones: El procedimiento seguido para la fabricacin del acero, depende del producto que se haga. Si el acero va a contener un porcentaje apreciable de elementos de aleacin fcilmente oxidable tales como el cromo, tungsteno y molibdeno se usan dos cubiertas de escoria durante una partida de trabajo. Una escoria de naturaleza oxidante favorece a la oxidacin y el efecto de los fundentes sobre el carbono, fsforo y silicio. A continuacin se retira la escoria oxidante y se sustituye por una escoria reductora en la que el CaO y el CaC2 son ingredientes importantes. Esta capa protectora de escoria coadyuva a la eliminacin del azufre y protege contra la oxidacin de elementos de aleacin. En la fabricacin de acero para colados ordinarios, no se necesita la segunda aplicacin de escoria ya que no estn presentes los elementos fcilmente oxidables que se encuentran en los aceros inoxidables para herramientas. En el horno elctrico, tres electrodos se proyectan a travs de la cubierta revestida con el material refractario. Se les puede alzar y bajar y cuando estn en posicin elevada permiten que se alce la tapa y se le mueva a un lado para cargar el horno. El tamao de los hornos vara entre 3 y 200 toneladas, pero los hornos ms comunes son para cargas de 20 a 50 toneladas. Despus de haberse descargado un lote de fabricacin se inspecciona el horno para localizar desperfectos y se repara cuando sea necesario. Se carga de chatarra seleccionada, arrojndola a travs de la tapa del horno, usando para ello una cubierta de fondo falso. Si se incluye material en la carga se agrega ste con la chatarra. La prctica seguida en la actualidad tiende hacia el uso de oxgeno para disminuir el49 Univ. Vargas Cabrera Shadya

contenido de carbono, en vez de valerse del empleo del mineral. Pueden agregarse algunos elementos de aleacin no oxidables, antes de la fusin. Luego se hacen descender los electrodos, se conecta la energa elctrica y se forma un arco. A medida que prosigue la fusin se queman los electrodos a travs de la carga metlica y se forma en el hogar del horno un estanque de metal fundido. Se forma escoria producida por las impurezas oxidadas y por reaccin con la cal o con el revestimiento del horno. Una vez que se ha completado la oxidacin de descarga, esta escoria y se sustituye con una cubierta nueva de escoria cuyos ingredientes principales son cal, slice, magnesia y carburo de calcio. Tan pronto como se haya ajustado el anlisis final de la escoria y el bao a los niveles apropiados se hacen las adiciones necesarias de elementos de aleacin y se abre la salida del horno. Cuando se inclina el horno para descargarlo permanece el acero fundido protegido por la capa de escoria, hasta que se vaca el horno. El tiempo transcurrido desde la carga hasta la descarga depende del horno y de la naturaleza del producto y de la naturaleza del producto, pero unas cuatro horas son el tiempo de operacin tpico. Los hornos elctricos de induccin utilizan una corriente para fundir la carga. La energa es del tipo de induccin sin ncleo, dada por una corriente de alta frecuencia que suministra a la bobina primaria enfriada por agua que circunda al crisol. La corriente de alta frecuencia es alrededor de 1000 Hz, suministrada por un conjunto motor - generador o un sistema de frecuencia con arco por vapor de mercurio. El crisol es cargado por una pieza slida de metal, chatarras o virutas de operaciones de mecanizados, al cual se le induce una alta corriente secundaria. La resistencia de esta corriente inducida en la carga se hace en 50 90 min. , fundindola en grandes crisoles que contienen arriba de 3.6 Mg de acero. Los hornos de induccin, con crisoles, aprovechables desde pocos kilogramos hasta 3.6 Mg son relativamente bajos en costo, casi libres de ruido y por lo mismo producen poco calor. Puesto que la temperatura no necesita ser ms alta que la requerida para fundir la carga, la chatarra puede ser refundida sin que sea quemada la calidad del material. Generalidades del horno elctrico: Algunos hornos tienen como promedio 270 Mg por caldeo. El tiempo de vaciado a vaciado para 115 Mg requiere de 3 a 4 horas y 50000 kWh de potencia. Operan aproximadamente a 40 V y a una corriente elctrica que puede exceder de 12000 A. Desventaja del horno de arco elctrico: La temperatura alta del arco puede llegar a refinar el metal. Conveniencia: Aunque el costo de la fabricacin de acero en el horno de arco elctrico, es generalmente ms alto que el de los dems mtodos de fabricacin de acero, se obtiene una calidad de acero superior con el horno elctrico. ste suministra el mejor mtodo para controlar la temperatura y las adiciones de aleacin. Adems su costo puede justificarse para la fabricacin de acero en localidades donde no se cuenta con altos hornos ni con hierros de primera fusin, o en lugares en donde las necesidades50 Univ. Vargas Cabrera Shadya

intermitentes de acero en cantidades pequeas, no justifiquen una instalacin de hogar abierto. Adems es muy usado ya que no contamina la atmsfera como muchos otros. Actualmente, el horno elctrico produce un 40 % de la produccin mundial del acero.

HORNOS PARA FUNDICIN DE ALUMINIO GENERALIDADES Los hornos elctricos EMISON, SERIE AL, a la contrastada calidad de todos nuestros productos, avalada por ms de 50 aos de servicio, unen los ltimos avances en microelectrnica y aislamiento, aplicados especficamente a hornos para fundicin de aluminio, consiguiendo excepcionales resultados. La temperatura mxima de trabajo de estos hornos es de 1.000C. Como todos nuestros equipos estn fabricados de acuerdo con la normativa CE. Son fruto de un cuidado diseo y todo el know how de un equipo de profesionales especialistas en la construccin de hornos. Como consecuencia ofrecen la ms alta rentabilidad, con la mnima inversin inicial. Nuestros hornos ofrecen mnimo mantenimiento, funcionamiento constante y sin averas, fcil manipulacin y control del trabajo y la mejor relacin de costo por unidad fabricada. El horno est fabricado con los ms modernos materiales, de gran calidad y conceptos de alta tecnologa y se entrega listo y preparado para empezar a funcionar inmediatamente y rentabilizar rpidamente la inversin. Adems de la garanta de una empresa con ms de 50 aos en el mercado, siempre fiel y al servicio de sus clientes, EMISON dispone de una empresa propia servicio tcnico, SATE, que puede encargarse de formar al personal encargado del funcionamiento del horno, y realizar el mantenimiento preventivo y correctivo. DESCRIPCIN DEL HORNO El horno es de construccin metlica, electro soldado, a partir de chapas y perfiles de acero laminado en fro, con un tratamiento especial anticorrosivo, de gran robustez, con avanzado diseo y proteccin con imprimacin fosfocromatante y pintura epoxdica de agradables tonos, lo que le confiere una larga vida y un acabado estticamente agradecido. El aislamiento se51 Univ. Vargas Cabrera Shadya

realiza mediante fibras cermicas de baja masa trmica y gran poder calorfico, cuidadosamente dispuestas en estratos para reducir las perdidas de calor. CALENTAMIENTO Existen multitud de alternativas para el calentamiento de los crisoles que contienen los metales a fundir. Por las caractersticas de la serie de hornos que presentamos creemos que la mejor solucin es el calentamiento mediante gasleo, si bien opcionalmente puede construirse con calefaccin a gas o por resistencias elctricas. Algunos modelos slo pueden construirse de gas o elctricos. CONTROL DE PROCESO El control de la temperatura est asegurado por un regulador electrnico con visualizador digital y termopar tipo K sumergido en el metal y un regulador con termopar en la cmara de calentamiento. Debe tenerse en cuenta que para alcanzar una temperatura determinada en el lquido la temperatura en la cmara formada por las resistencias y el crisol debe ser del orden de unos 100 grados superior. No es conveniente sobrepasar ste margen por acortarse la vida del crisol ni mantener muy estrecho el margen ya que el tiempo de fusin se alarga. En caso de rotura del crisol unos electrodos colocados en la solera del horno detectan el metal fundido y provocan el encendido de un piloto avisador. Los modelos "A" son hornos de pozo, y para el vaciado el crisol (provisto de pico) debe extraerse mediante unas tenazas o til apropiado. En los modelos "B" el vaciado se realiza mediante cuchara, y los modelos TP el horno bascula mediante un dispositivo hidrulico, neumtico o mecnico. CARACTERSTICAS tipo A MODELO A-8 A - 16 A - 25 A - 40 A - 60 A - 80 A - 120 A - 150 A - 200 A - 300 A - 350 A - 500 DIMENSIONES CAPACIDAD POTENCIA POTENCIA PRECIO PRECIO CRISOL Kg/h Kw Kcal/h CRISOL 18 x 16 5 3.5 2.020 126 23 x 18 9 7 2.360 147 28 x 21 32 x 23 36 x 28 40 x 30 43 x 33 45 x 36 49 x 40 54 x 44 60 x 46 70 x 52 15 20 30 42 55 65 95 125 150 200 10 14 20 30 30.000 40.000 60.000 75.000 90.000 120.000 3.800 5.300 7.030 8.070 8.580 9.670 10.260 11.430 11.760 14.290 237 331 439 504 536 604 641 714 735 893

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CARACTERSTICAS tipo B MODELO B - 174 B - 164 B - 166 B - 300 B - 400 B - 500 B - 600 DIMENSIONES CAPACIDAD POTENCIA PRECIO PRECIO CRISOL Kg/h Kcal/h CRISOL 40 x 40 50 30.000 9.440 590 37 x 46 75 50.000 10.400 640 40 x 52 47 x 57 45 x 70 52 x 72 59 x 73 100 150 180 240 300 60.000 90.000 110.000 150.000 180.000 11.280 12.720 13.120 14.640 17.280 705 735 820 915 1.080

Las dimensiones estn expresadas en cm y corresponden a la altura x el dimetro exterior mximo. Capacidades y dimensiones sujetas a las variaciones propias del fabricante de los crisoles. Srvase consultar sus necesidades. Podemos fabricar el equipo que necesiten. Fabricamos tambin lingoteras, cazos y otros accesorios. Como ejemplo, una lingotera de 6 Kg para aluminio de 30 x 7 x 10 cm cuesta 90 euros.

6.- HORNOS PARA TRATAMIENTOS TERMICOS

Tratamiento trmico. Se conoce como tratamiento trmico el proceso al que se someten los metales u otros tipos de materiales slidos como polimeros con el fin de mejorar sus propiedades mecnicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento trmico son, bsicamente, el acero y la fundicin, formados por hierro y carbono.Tambin se aplican tratamientos trmicos diversos a los slidos cermicos. Las caractersticas mecnicas de un material dependen tanto de su composicin qumica como de la estructura cristalina que tenga. Los tratamientos trmicos modifican esa estructura cristalina sin alterar la composicin qumica, dando a los materiales unas caractersticas mecnicas concretas, mediante un proceso de

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calentamientos y enfriamientos sucesivos hasta conseguir la estructura cristalina deseada. Entre estas caractersticas estn:y y y y

Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando est en contacto de friccin con otro material. Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energa sin producir fisuras (resistencia al impacto). Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta. Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante el test del mismo nombre.

Mejora de las propiedades a travs del tratamiento trmico Las propiedades mecnicas de las aleaciones de un mismo metal, y en particular de los aceros, reside en la composicin qumica de la aleacin que los forma y el tipo de tratamiento trmico a los que se les somete. Los tratamientos trmicos modifican la estructura cristalina que forman los aceros sin variar la composicin qumica de los mismos. Esta propiedad de tener diferentes estructuras de grano con la misma composicin qumica se llama polimorfismo y es la que justifica los tratamientos trmicos. Tcnicamente el poliformismo es la capacidad de algunos materiales de presentar distintas estructuras cristalinas, con una nica composicin qumica, el diamante y el grafito son polimorfismos del carbono. La -ferrita, la austenita y la -ferrita son polimorfismos del hierro. Esta propiedad en un elemento qumico puro se denomina alotropa. Propiedades mecnicas del acero El acero es una aleacin de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleacin, los cuales le confieren propiedades mecnicas especificas para su utilizacin en la industria metalmecnica. Los otros principales elementos de composicin son el cromo, tungsteno, manganeso, nquel, vanadio, cobalto, molibdeno, cobre, azufre y fsforo. A estos elementos qumicos que forman del acero se les llama componentes, y a las distintas estructuras cristalinas o combinacin de ellas constituyentes. Los elementos constituyentes, segn su porcentaje, ofrecen caractersticas especificas para determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etctera. La diferencia entre los diversos aceros, tal como se ha dicho depende tanto de la54 Univ. Vargas Cabrera Shadya

composicin qumica de la aleacin de los mismos, como del tipo de tratamiento trmico. Tratamientos trmicos del acero El tratamiento trmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecnicas para las cuales est creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado slido para cambiar sus propiedades fsicas. Con el tratamiento trmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamao del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dctil. La clave de los tratamientos trmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no frreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos. Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento trmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro hierro carbono. En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos. Los tratamientos trmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensin. Los principales tratamientos trmicos son:y

y

y

y

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica superior Ac (entre 900-950 C) y se enfra luego ms o menos rpidamente (segn caractersticas de la pieza) en un medio como agua, aceite, etctera. Revenido: Slo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue bsicamente del temple en cuanto a temperatura mxima y velocidad de enfriamiento. Recocido: Consiste bsicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitizacin (800-925 C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. Tambin facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en fro y las tensiones internas. Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribucin uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.55

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Tratamientos del acero Los tratamientos termoqumicos son tratamientos trmicos en los que, adems de los cambios en la estructura del acero, tambin se producen cambios en la composicin qumica de la capa superficial, aadiendo diferentes productos qumicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmsferas especiales. Entre los objetivos ms comunes de estos tratamientos estn aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el ncleo ms blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosin.y

y

y

y

y

Cementacin (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando la concentracin de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmsfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona perifrica, obtenindose despus, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el ncleo. Nitruracin (N): al igual que la cementacin, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrgeno en la composicin de la superficie de la pieza. Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 C, dentro de una corriente de gas amonaco, ms nitrgeno. Cianuracin (C+N): endurecimiento superficial de pequeas piezas de acero. Se utilizan baos con cianuro, carbonato y cianato sdico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 C. Carbonitruracin (C+N): al igual que la cianuracin, introduce carbono y nitrgeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amonaco (NH3) y monxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 C y es necesario realizar un temple y un revenido posterior. Sulfinizacin (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por accin del azufre. El azufre se incorpor al metal por calentamiento a baja temperatura (565 C) en un bao de sales.

Ejemplos de tratamientos Endurecimiento del acero El proceso de endurecimiento del acero consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme a la temperatura correcta (ver figura de temperaturas para endurecido de metales) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cmara refrigerada. El endurecimiento produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la traccin (tensin) y disminuye la ductilidad. El acero al carbono para herramientas se puede endurecer al calentarse hasta su temperatura crtica, la cual se56 Univ. Vargas Cabrera Shadya

adquiere aproximadamente entre los 790 y 830 C, lo cual se identifica cuando el metal adquiere el color rojo cereza brillante. Cuando se calienta el acero la perlita se combina con la ferrita, lo que produce una estructura de grano fino llamada austenita. Cuando se enfra la austenita de manera brusca con agua, aceite o aire, se transforma en martensita, material que es muy duro y frgil. Temple y revenido: Bonificado Despus que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frgil lo que impide su manejo pues se rompe con el mnimo golpe debido a la tensin interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se recomienda el temple del acero (en algunos textos a este proceso se le llama revenido y al endurecido temple). Este proceso hace ms tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (ver tabla), para despus enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utiliz para endurecerla.

Tabla de temperaturas para revenido de acero endurecido

Color

Grados C

Tipos de aceros

Paja claro

220

Herramientas como brocas, machuelos

Paja mediano

240

Punzones dados y fresas

Paja oscuro

255

Cizallas y martillos

Morado

270

rboles y cinceles para madera

Azul obscuro

300

Cuchillos y cinceles para acero

Azul claro

320

Destornilladores y resortes

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Recocido El recocido es el tratamiento trmico que, en general, tiene como finalidad principal el ablandar el acero, regenerar la estructura de aceros sobrecalentados o simplemente eliminar las tensiones internas que siguen a un trabajo en fro. (Enfriamiento en el horno). Recocido de Regeneracin Tambin llamado normalizado, tiene como funcin regenerar la estructura del material producido por temple o forja. Se aplica generalmente a los aceros con ms del 0.6% de C, mientras que a los aceros con menor porcentaje de C slo se les aplica para finar y ordenar su estructura Ejemplo: Despus de un laminado en fro, donde el grano queda alargado y sometido a tensiones, dicho tratamiento devuelve la microestructura a su estado inicial. Recocido de Globulizacin Usado en aceros hipoeutectoides para ablandarlos despus de un anterior trabajo en fro. Por lo general se desea obtener globulizacin en piezas como placas delgadas que deben tener alta embuticin y baja dureza. Los valores ms altos de embuticin por lo general estn asociados con la microestructura globulizada que solo se obtiene en un rango entre los 650 y 700 grados centgrados. Temperaturas por encima de la crtica producen formacin de austenita que durante el enfriamiento genera perlita, ocasionando un aumento en la dureza no deseado. Por lo general piezas como las placas para botas de proteccin deben estar globulizadas para as obtener los dobleces necesarios para su uso y evitar rompimiento o agrietamiento. Finalmente son templadas para garantizar la dureza. Es usado para los aceros hipereutectoides, es decir con un porcentaje mayor al 0,89 % de C, para conseguir la menor dureza posible que en cualquier otro tratamiento, mejorando la maquinabilidad de la pieza. La temperatura de recocido est entre AC3 y AC1. Ejemplo - El ablandamiento de aceros aleados para herramientas de ms de 0.8% de C.

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Recocido de Subcrtico Para un acero al carbono hipoeutectoide: La microestructura obtenida en este tratamiento vara segn la temperatura de recocido. Por lo general las que no excedan los 600 grados liberarn tensiones en el material y ocasionaran algn crecimiento de grano (si el material previamente no fue templado). Generalmente mostrando FerritaPerlita. Por encima de los 600 y bajo los 723 se habla de recocido de globulizacin puesto que no sobrepasa la temperatura crtica. En este caso no hay grano de perlita, los carburos se esferoidizan y la matriz es totalmente ferrtica. Se usa para aceros de forja o de laminacin, para lo cual se usa una temperatura de recocido inferior a AC1, pero muy cercana. Mediante este procedimiento se destruyen las tensiones internas producidas por su moldeo y mecanizacin. Comnmente es usado para aceros aleados de gran resistencia, al Cr-Ni, Cr-Mo, etctera. Este procedimiento es mucho ms rpido y sencillo que los antes mencionados, su enfriamiento es lento. Cementado Consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el ncleo blando y dctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros en el mtodo de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecido. El carbono se agrega al calentar al acero a su temperatura crtica mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso. Los tres mtodos de cementacin ms comunes son: empacado para carburacin, bao lquido y gas. Carburizacin por empaquetado Este procedimiento consiste en meter al material de acero con bajo contenido carbnico en una caja cerrada con material carbonceo y calentarlo hasta 900 a 927 C durante 4 a 6 horas. En este tiempo el carbono que se encuentra en la caja penetra a la superficie de la pieza a endurecer. Cuanto ms tiempo se deje a la pieza en la caja con carbono de mayor profundidad ser la capa dura. Una vez caliente la pieza a endurecer a la temperatura adecuada se enfra rpidamente en agua o salmuera. Para evitar deformaciones y disminuir la tensin superficial se recomienda dejar enfriar la pieza en la caja para posteriormente sacarla y volverla a calentar entre 800 y 845 C (rojo cereza) y proceder al enfriamiento por inmersin. La capa endurecida ms utilizada tiene un espesor de 0,38 mm, sin embargo se pueden tener espesores de hasta 0.4 mm.

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Carburizacin en bao lquido El acero a cementar se sumerge en un bao de cianuro de sodio lquido. Tambin se puede utilizar cianuro de potasio pero sus vapores son muy peligrosos. Se mantiene la temperatura a 845 C durante 15 minutos a 1 hora, segn la profundidad que se requiera. A esta temperatura el acero absorber el carbono y el nitrgeno del cianuro. Despus se debe enfriar con rapidez al acero en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran capas con espesores de 0,75 mm. Carburizacin con gas En este procedimiento se utilizan gases carburizantes para la cementacin. La pieza de acero con bajo contenido carbnico se coloca en un tambor al que se introduce gas para carburizar como derivados de los hidrocarburos o gas natural. El procedimiento consiste en mantener al horno, el gas y la pieza entre 900 y 927 C. despus de un tiempo predeterminado se corta el gas carburizante y se deja enfriar el horno. Luego se saca la pieza y se recalienta a 760 C y se enfra con rapidez en agua o salmuera. Con este procedimiento se logran piezas cuya capa dura tiene un espesor hasta de 0,6 mm, pero por lo regular no exceden de 0,7 mm. Carburado, cianurado y nitrurado Existen varios procedimientos de endurecimiento superficial con la utilizacin del nitrgeno y cianuro a los que por lo regular se les conoce como carbonitrurado o cianurado. En todos estos procesos con ayuda de las sales del cianuro y del amonaco se logran superficies duras como en los mtodos anteriores.

6.1 TIPOS DE HORNOSEQUIPOS PARA TRATAMIENTOS TRMICOS Estas series de hornos se utilizan principalmente para tratamientos trmicos de metales. Son empleadas por talleres mecnicos, soldadura, fundicin, mantenimiento y en toda clase de industrias. Existen muchos tipos de tratamientos trmicos, metales y aleaciones cuyo conocimiento es cosa de especialistas. Consulten a nuestro servicio tcnico cada caso concreto. Fabricamos hornos para el tratamiento trmico de los metales en todas sus variantes. Entre otros, disponemos de los siguientes equipos para tratamientos trmicos:

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* Hornos de mufla para el trabajo de piezas pequeas. * Hornos de cmara para piezas mayores. * Hornos continuos, fabricados siempre bajo presupuesto. Solictelo * Hornos de sales y sales para diferentes tratamientos y capacidades. * Equipos Depuradores de humos para depurar los producidos tanto dentro del horno como en el apagado. * Baos de apagado y sistemas de enfriamiento por aire, agua o aceite. * Generadores de atmsferas controladas para trabajar en el interior del horno en condiciones controladas. * Chorros de arena para la limpieza de las piezas tratadas. * Hornos y equipos para el pavonado y coloracin trmica. * Hornos de pote * Hornos de campana * Hornos de sinterizado * Hornos de solera mvil * Sistemas de control para nitruracin y carbonitruracin * Cuadros de control para hornos de tratamiento

Queremos insistir en que adems de estos hornos estndares, de los que disponemos de ms de 120 modelos, para distintas aplicaciones, en existencia para entrega inmediata, salvo venta, disponemos de otros, proyectados y construidos especialmente para casos concretos. En la fabricacin a medida nuestro departamento tcnico conoce las ltimas tecnologas y est preparado para disear el equipo ms apropiado a las necesidades de nuestros clientes. Disponemos tambin de un amplio stock de hornos de ocasin Siguiendo la lnea trazada en todas las Empresas del GRUPO EMISON la investigacin es una constante y slo fabricamos equipos cuya tecnologa dominemos y sea punta en el mercado. De forma enunciativa y no excluyente, fabricamos hornos para las siguientes aplicaciones:

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* HORNOS INDUSTRIALES Fabricamos hornos para la mayor parte de las aplicaciones industriales de estas mquinas, con ms de 50 aos de presencia continuada en el mercado y con las ventajas que la especializacin y la experiencia proporcionan. Fabricamos hornos para cualquier actividad y para temperaturas de hasta 1.300 C de forma estndar y bajo pedido equipos especiales y hasta los 2.100 C. Como complemento de nuestros hornos fabricamos equipos especiales para diferentes industrias. * EQUIPOS DE SECADO Construimos secaderos solares o con energas convencionales. Cada producto tiene un ptimo procedimiento de secado en funcin de su estado, condiciones en que puede tratarse, proceso de fabricacin, temperaturas y humedades de equilibrio admisibles, humedad inicial y final, etc. * ARTES DEL FUEGO Englobamos en las as llamadas aquellos hornos empleados en industrias, oficios o artesanas como parte principal de su actividad. Entre otros: CERAMISTAS, ALFAREROS AZULEJEROS, DECORADORES, ESMALTADORES, VIDRIEROS o FORJADORES. *EQUIPOS PARA JOYERA Incluimos en este epgrafe los equipos utilizados en procesos de fabricacin de joyera y bisutera. Disponemos de hornos para microfusin, copelacin, tratamiento trmico de metales, trefilado, fundicin y un largo etctera. Fabricamos tambin, bajo pedido, hornos continuos para soldadura o recocido, y disponemos tambin de algunos accesorios que detallamos.

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*TRATAMIENTOS TRMICOS DE METALES Estas series de hornos que se utilizan principalmente para tratamientos trmicos de metales. Son empleados por talleres mecnicos, soldadura, fundicin, mantenimiento y en toda clase de industrias. *INDUSTRIA DENTAL Y LABORATORIO Tanto en el laboratorio como en clnica nuestros equipos gozan de una gran consideracin obtenida despus de ms de 50 aos de servicio. *ESTUFAS, SECADO Y CALEFACCIN Estufas hasta 500 para distintas aplicaciones. Para secado de electrodos de soldadura. Hornos y equipos para caldeo en soldadura. Resistencias elctricas. *HORNOS PARA FUNDICIN Fabricamos hornos, con diferentes tcnicas para la fusin de toda clase de metales. * HORNOS PARA LIMPIEZA TRMICA Utilizados en las industrias de recuperacin, plsticos, pinturas, motores sirven para eliminar diversos productos sobre soportes metlicos * CUADROS Y ELEMENTOS DE CONTROL Disponemos de cuadros para control de todo tipo de hornos, as como de equipos de pirometra y sondas de temperatura con sus accesorios (registradores, visualizadores ) * HORNOS DE ALTA TEMPERATURA Fabricamos hornos de muy alta temperatura para tratamientos especiales hasta 2.100 C.

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*EQUIPOS ESPECIALES Adems de los equipos de nuestra fabricacin estndar fabricamos tambin hornos continuos, de campana, de calentamiento por induccin etc. * EQUIPOS PARA INCINERACIN Disponemos de una serie de equipos estndar para la mayor parte de los procesos ms habituales de incineracin de residuos o aprovechamiento energtico de los mismos, as como equipos de depuracin de humos e inertizacin de cenizas si es necesario. * INDUSTRIAS ALIMENTARIAS Hornos para ahumados, hornos de lea y maquinaria diversa. De forma especial fabricamos hornos para secado y tratamiento de frutos secos. Les invitamos a visitar nuestra divisin de MEDIO AMBIENTE donde encontrarn solucin a problemas de eliminacin de residuos, tratamientos de humos, inertizacin de cenizas etc...

7.- PROCESO DE ELECTROLISIS

Electrlisis

Diagrama simplificado del proceso de electrlisis.

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La electrlisis o electrolisis es un proceso donde se separan los elementos del compuesto que forman, usando para ello la electricidad. La palabra electrlisis viene de las races electro, electricidad y lisis, separacin.

Procesoy

Se aplica una corriente elctrica contnua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentacin elctrica y sumergidos en la disolucin. El electrodo conectado al polo positivo se conoce como nodo, y el conectado al negativo como ctodo. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. As, los iones negativos, o aniones, son atrados y se desplazan hacia el anodo (electrodo positivo), mientras que los iones positivos, o cationes, son atrados y se desplazan hacia el catodo (electrodo negativo).

y

Animacin sobre la Electrolsis del Agua. y

La energa necesaria para separar a los iones e incrementar su concentracin en los electrodos es aportada por la fuente de alimentacin elctrica. En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre stos y los iones, producindose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al ctodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del nodo (-).

y

En definitiva lo que ocurre es una reaccin de oxidacin-reduccin, donde la fuente de alimentacin elctrica se encarga de aportar la energa necesaria.

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Electrlisis del agua Si el agua no es destilada, la electrlisis no slo separa el oxgeno y el hidrgeno, sino los dems componentes que estn presentes como sales, metales y algunos otros minerales (lo que hace que el agua conduzca la electricidad no es el puro H2O, sino que son los minerales. Si el agua estuviera destilada y fuera 100% pura, no tendra conductividad.) Es importante hacer varias consideraciones: - Nunca deben unirse los electrodo, ya que la corriente elctrica no va a conseguir el proceso y la batera se sobrecalentar y quemar. - Debe utilizarse siempre corriente continua (energa de bateras o de adaptadores de corriente), NUNCA corriente alterna (energa del enchufe de la red). - La electrlisis debe hacerse de tal manera que los dos gases desprendidos no entren en contacto, de lo contrario produciran una mezcla peligrosamente explosiva (ya que el oxgeno y el hidrgeno resultantes se encuentran en proporcin estequiomtrica). - Una manera de producir agua otra vez, es mediante la exposicin a un catalizador. El ms comn es el calor; otro es el platino en forma de lana fina o polvo. El segundo caso debe hacerse con mucho cuidado, incorporando cantidades pequeas de hidrgeno en presencia de oxgeno y el catalizador, de manera que el hidrgeno se queme suavemente, produciendo una llama tenue. Lo contrario nunca debe hacerse. Aplicaciones de la Electrlis