MI 233 - Week 8 12-1 [Modo de Compatibilidad]

Sesin 826 Mayo 2012

Roberto Vicua

DISEO DE PLANTA MINERA

MI 223

POTENCIA ELCTRICA

Energa

Es la capacidad que tiene un mecanismo o dispositivoelctrico cualquiera para realizar un trabajo.

Cuando conectamos un equipo o consumidor elctrico aun circuito alimentado por una fuente de fuerzaelectromotriz (F.E.M), como puede ser una batera, laenerga elctrica que suministra fluye por el conductor,permitiendo que, por ejemplo, una bombilla de alumbrado,transforme esa energa en luz y calor, o un motor puedamover una maquinaria.

POTENCIA ELCTRICA

Energa

De acuerdo con la definicin de la fsica, la energa ni secrea ni se destruye, se transforma. En el caso de laenerga elctrica esa transformacin se manifiesta en laobtencin de luz, calor, fro, movimiento (en un motor), oen otro trabajo til que realice cualquier dispositivoconectado a un circuito elctrico cerrado.

La energa utilizada para realizar un trabajo cualquiera,se mide en joule y se representa con la letra J.

POTENCIA ELCTRICA

Definicin

Potencia es la velocidad a la que se consume la energa.Si la energa fuese un lquido, la potencia sera los litrospor segundo que vierte el depsito que lo contiene. Lapotencia se mide en joule por segundo (J/seg) y serepresenta con la letra P. Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando seconsume 1 joule de potencia en un segundo, estamosgastando o consumiendo 1 watt de energa elctrica.

La unidad de medida de la potencia elctrica P es elwatt, y se representa con la letra W.

POTENCIA ELCTRICA

Clculo de la Potencia de una Carga Activa (resistiva)

La forma ms simple de calcular la potencia que consumeuna carga activa o resistiva conectada a un circuitoelctrico es multiplicando el valor de la tensin en volt (V)aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corrienteque lo recorre, expresada en amper. Para realizar eseclculo matemtico se utiliza la siguiente frmula:

(Frmula 1):

POTENCIA ELCTRICA


El resultado de esa operacin matemtica para un circuitoelctrico monofsico de corriente directa o de corrientealterna estar dado en watt (W). Por tanto, si sustituimosla P que identifica la potencia por su equivalente, esdecir, la W de watt, tenemos tambin que: P = W, por

tanto;

(Frmula 2):

POTENCIA ELCTRICA


1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) quefluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) detensin o voltaje aplicado, tal como se representa acontinuacin.

1 watt = 1 volt 1 ampere

La unidad de consumo de energa de un dispositivoelctrico se mide en watt-hora (vatio-hora), o en kilowatt-hora (kW-h) para medir miles de watt.

POTENCIA ELCTRICA


Para hallar la potencia de consumo en watt de undispositivo, tambin se pueden utilizar, indistintamente,una de las dos frmulas que aparecen a continuacin:

Donde:

I es la intensidad de la corriente en amperes

R es la resistencia en ohmios ()

POTENCIA ELCTRICA


Tambin obtenemos el mismo resultado elevando alcuadrado el valor del voltaje de la red elctrica ydividindolo a continuacin por el valor en ohm () queposee la resistencia de la carga conectada.

POTENCIA ELCTRICA

Clculo de la Potencia de una Carga Reactiva (inductiva)

Para calcular la potencia de algunos tipos de equipos quetrabajan con corriente alterna, es necesario tener encuenta tambin el valor del factor de potencia o coseno dephi (Cos ) que poseen. En ese caso se encuentran losequipos que trabajan con carga reactiva o inductiva, esdecir, consumidores de energa elctrica que parafuncionar utilizan una o ms bobinas o enrollado dealambre de cobre, como ocurre, por ejemplo, con los

motores.

POTENCIA ELCTRICA


Las resistencias puras, como la de las bombillas dealumbrado incandescente y halgena, y los calentadoreselctricos, tienen carga activa o resistiva y su factor depotencia es igual a 1, que es el valor considerado idealpara un circuito elctrico; por tanto ese valor no se tomaen cuenta a la hora de calcular la potencia de consumo deesos dispositivos.

POTENCIA ELCTRICA


Sin embargo, las cargas reactivas o inductivas, como laque poseen los motores elctricos, tienen un factor depotencia menor que 1 (generalmente su valor varaentre 0,85 y 0,98), por lo cual la eficiencia de trabajo delequipo en cuestin y de la red de suministro elctrico varacuando el factor se aleja mucho de la unidad,traducindose en un mayor gasto de energa y en unmayor desembolso econmico.

POTENCIA ELCTRICA


No obstante, tanto las industrias que tiene muchosmotores elctricos de corriente alterna trabajando, ascomo las centrales elctricas, tratan siempre que el valordel factor de potencia, llamado tambin coseno de fi(Cos ), se acerque lo ms posible a la unidad en losequipos que consumen carga elctrica reactiva.

POTENCIA ELCTRICA


La frmula para hallar la potencia de los equipos que trabajan con corriente alterna monofsica, teniendo en cuenta su factor de potencia o Cos es la siguiente:

Donde:P .- Potencia en watt (W)V .- Voltaje o tensin aplicado en volt (V)I .- Valor de la corriente en amper (A)Cos , Coseno de "fi" (phi) o factor de potencia (menor que "1")

POTENCIA ELCTRICA


Si queremos conocer la potencia que desarrolla un motorelctrico monofsico, cuyo consumo de corriente es de 10,4amper (A), posee un factor de potencia o Cos = 0,96 y estconectado a una red elctrica de corriente alterna tambinmonofsica, de 220 volt (V), la potencia ser:P = 220 10,4 0,96 = 2196,48 watt 2,2 kw

Elementos que componen a los motores.

1. La carcasa o caja que envuelve las partes elctricas delmotor, es la parte externa.

2. El inductor, llamado estator cuando se trata de motores decorriente alterna, consta de un apilado de chapas magnticas ysobre ellas est enrollado el bobinado estatrico, que es unaparte fija y unida a la carcasa.

3. El inducido, llamado rotor cuando se trata de motores decorriente alterna, consta de un apilado de chapas magnticas ysobre ellas est enrollado el bobinado rotrico, que constituyela parte mvil del motor y resulta ser la salida o eje del motor.

MOTORES ELCTRICOS, TIPOS Y CRITERIOS DE SELECCIN

Motores Elctricos


Motores Elctricos

1.Motores de corriente alterna, se usan mucho en laindustria, sobretodo, el motor trifsico asncrono de jaula deardilla.

2. Motores de corriente continua, suelen utilizarse cuando senecesita precisin en la velocidad, montacargas, locomocin,etc.

3. Motores universales. Son los que pueden funcionan concorriente alterna o continua, se usan mucho enelectrodomsticos. Son los motores con colector.


Tipos de Motores Elctricos

MOTOR JAULA DE ARDILLADentro del universo de motores elctricos, el motor jaula deardilla es el ms comn y de uso ms generalizado por diversasrazones:

Bajo costo

Bajo mantenimiento

Fcil de adquirir

Alto grado de proteccin

Pocos componentes

Robusto


Tipos de Motores Elctricos

Tipo de sistema con el que cuenta la empresaEn casi todas las empresas industriales poseen sistemastrifsicos, normalmente utilizados para la conexin de losmotores elctricos, tambin existen ciertas reas en las cualestenemos nicamente sistemas monofsicos.

Voltaje dentro de las instalaciones de la empresaDebemos de tomar en cuenta el nivel del voltaje con el que setrabaja en la empresa para poder solicitar uno de lascaractersticas exactas. Y de esta manera que la potencia delmotor al momento de realizar su trabajo sea la correcta, para

no esforzar la mquina y sus componentes internos.


Criterios de Seleccin

FrecuenciaLa frecuencia se considera especialmente para poder obtener unvalor correcto en la velocidad del motor. La frecuencia en Peres de 60Hz.

Condiciones del ambiente de trabajo del motorEl ambiente donde el motor va a ser ubicado debe estarespecificado en los criterios tomando en cuenta la altura sobre elnivel del mar al cual se encontrar, esto se aplica para alturasmayores a los 1000m sobre el nivel del mar, temperatura de suentorno o ambiente donde va a estar ubicado el motor, de estodepender la clase NEMA con el que contar el motor.



Condiciones del ambiente de trabajo del motorPor norma, todos los motores estn diseados para operar en unambiente con temperatura no superior a 40 C y en una alturano superior a 1000 metros sobre el nivel del mar.La instalacinen cualquier ambiente por encima de estas condiciones har queel motor deba ser operado a una carga menor de la nominal.



Condiciones de Instalacin (grado de proteccin)Otro tema a considerar son las condiciones propias del ambiente:Contaminacin, presencia de agentes qumicos, utilizacin en lugaresabiertos o cerrados. Para garantizar una adecuada seleccin de motor,es importante conocer el significado de grado de proteccin IP, definidosegn normas internacionales.

IP significa INTERNAL PROTECTION y determina el grado de proteccin(mecnico) o de encerramiento del motor. Viene seguido de dos cifrascaractersticas; la primera de ellas indica la proteccin contra el ingresode cuerpos slidos y la segunda indica la proteccin contra el ingresode lquidos. Los siguientes son los ms comunes:



IP21: Protegido contra contacto con los dedos, contra ingresode cuerpos slidos mayores que 12 mm y contra gotas verticalesde agua

IP22: Protegido contra contacto con los dedos, contra ingresode cuerpos slidos mayores que 12 mm y contra gotas de aguahasta una inclinacin de 15 con la vertical

IP55:Protegido completamente contra contacto, contraacumulacin de polvos nocivos y contra chorros de agua entodas las direcciones



Carga a mover por el motorSe debe realizar un correcto dimensionamiento de la carga queel motor va a mover para poder solicitar uno con la potencianecesaria para dicho trabajo. En el caso de una sobrecarga en elmotor se debe considerar la temperatura que va a llegar asoportar los conductores en especial si estos se encuentrandentro de canaletas con un agrupamiento determinado.

La carga es la que define la potencia y velocidad del motor. En lagran mayora de aplicaciones, el motor jaula de ardilla puedeatender cualquier carga en su eje, pero es conveniente hacer unestudio detallado de cul ser el momento de inercia, la curvaPar-Velocidad de la carga.



Tipo de arranque del motorDeberemos tomar en cuenta el tipo de arranque queseleccionaremos para el motor considerando que los diferentesarranques poseen una disminucin en el torque de arranque yrepercutir en la potencia de arranque. Uno de los momentosms crticos para el motor, la red y la carga es el arranque.

Por sus caractersticas propias, el motor jaula de ardillaconsume durante el arranque una corriente que puede oscilarentre 5 y 8 veces la corriente nominal. El arranque es el periodoen el que el motor hace la transicin desde su estado de reposohasta su velocidad de rgimen.



Tipo de arranque del motorExisten los siguientes tipos de arranque:

1. Directo. El motor tendr una corriente de arranque normal(hasta ocho veces la corriente nominal) y un par de arranquenormal.

2. Estrella-Tringulo. La corriente y el torque se reducen a latercera parte (hasta tres veces la corriente nominal).

3. Por Autotransformador. El autotransformador es fabricadopara entregar al motor una tensin menor de la nominal. Estatensin puede estar entre el 30% y el 70% dependiendo de laaplicacin.La corriente y el torque variarn en proporcincuadrtica a la tensin de alimentacin.



Tipo de arranque del motor4. Arranque electrnico suave. En este mtodo, el arrancadoralimenta el motor con una tensin reducida y gradualmenteaumenta la tensin hasta la tensin de rgimen. Elcomportamiento inicial de la corriente y el torque ser idnticoal mtodo 3, pero el comportamiento durante todo el periodo detransicin depender de la manera como el arrancador suavesea controlado.

5. Variador de velocidad (o variador de frecuencia). Medianteeste mtodo, se logra limitar la corriente de arranque a valoresde hasta dos veces la corriente nominal, mientras se obtiene untorque de arranque adecuado para cualquier aplicacin. Adems,la transicin ser la ms suave posible de todos los mtodos.



Potencia, kW HP

Tensin de servicio, kV V

Frecuencia, Hz

Velocidad nominal, r.p.m.

Corriente nominal, Amp.

Corriente de arranque. Amp.

Factor de potencia, cos

Eficiencia, %


Datos Nominales de Motores Elctricos

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