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Leer más...Tutorial botones para enlazar pantallas para HMI
jueves, 27 de octubre de 2011En este video, les mostramos como crear botones para enlazar las distintas pantallas que se crean en un proyecto para un HMI, en este caso una touch screen Panel View 1500, en el software FactoryTalk View Studio, de Rockwell Automation.
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Calculo Planta termica para Generacion Electrica con Ciclo Rankine Regenerativo
lunes, 19 de septiembre de 2011En esta nueva entrada les traemos un minisoftware que nos permite generar plantas termicas con ciclo rankine regenerativo, aun el software es muy pobre pero nos permite obtener bastante informacion del ciclo que manualmente es un poco tedioso por la cantidad de variables y formulas que se presentan, es posible que trabajemos en un nueva version de este programa integrando tablas de vapor y de los distintos estados del agua, ademas de optimizar la logica del software. Por el momento esta basado en formulas simples en algunas hojas de excel.
El siguiente es un informe de una planta generada con el apoyo de este software.
El archivo en excel puede visualizarlo y descargarlo aqui Leer más...
Resumen Capitulo 2 "Automation, Production Systems and CIM" de Groover
miércoles, 24 de agosto de 2011
Estas diapositivas fueron extraidas desde el sitio web. http://www.intelmax.com/ensanluis/
En link a el archivo original es www.intelmax.com/ensanluis/images/capitulo2.ppt Leer más...
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Resumen Capitulo 1 "Automation, Production Systems and CIM" de Groover
Estas diapositivas fueron extraidas desde el sitio web. http://www.intelmax.com/ensanluis/
En link a el archivo original es www.intelmax.com/ensanluis/images/capitulo1.ppt
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Aplicacion TRIAC / Inversor de Giro en Motor Trifasico
sábado, 13 de agosto de 2011Lab4inversorsentidodegiro
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Aplicacion TRIAC / Control ON-OFF Motor Trifasico
Lab3
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Laboratorio sobre SCR, encendido y apagado de bombilla con pulsador
Lab2
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Nuevo Dominio / www.unpocodeingenieria.co.cc
Con la intension de que el acceso a unpocodeingenieria sea mas comodo, apartir de este momento disponemos de una nueva direccion web, un dominio gratuito que aunque no es un dominio de primer nivel, nos permitira contar con una direccion mas adsequible.
Ahora puedes visitarnos digitando http://www.unpocodeingenieria.co.cc/.
Dentro de poco intentaremos añadir un foro para que la comunidad pueda participar y dar a conocer sus conocimientos e inquietudes.
Saludos a todos
Circuitos RLC en Matlab / Simulink
Lab1
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En este documento es posible encontrar un laboratorio realizado en el software MATLAB, donde se realiza una practica con circuitos RLC en distintas combinaciones, mostrando para cada uno los tipo de ondas que genera. Leer más...
Motores - Aplicaciones de los Diferentes tipos de Excitacion
domingo, 3 de enero de 2010Excitación Independiente:
Los motores de excitación independiente tienen como aplicaciones industriales el torneado y taladrado de materiales, extrusión de materiales plásticos y goma, ventilación de horno, retroceso rápido en vacío de ganchos de grúas, desenrollado de bobinas y retroceso de útiles para serrar. El motor de excitación independiente es el más adecuado para cualquier tipo de regulación, por la independencia entre el control por el inductor y el control por el inducido. El sistema de excitación más fácil de entender es el que supone una fuente exterior de alimentación para el arrollamiento inductor.
Autoexcitación:
El sistema de excitación independiente, solamente se emplea en la práctica en casos especiales debido, sobre todo, al inconveniente de necesitar una fuente independiente de energía eléctrica. Este inconveniente puede eliminarse con el principio de autoexcitación, que ha hecho posible el gran desarrollo alcanzado por las máquinas eléctricas de corriente continúa, además este principio lo encontramos compuesto por (excitación serie, shunt y compuesta)
Excitación serie:
Es el motor cuya velocidad disminuye sensiblemente cuando el par aumenta y cuya velocidad en vacío no tiene límite teóricamente.
Es el motor cuya velocidad disminuye sensiblemente cuando el par aumenta y cuya velocidad en vacío no tiene límite teóricamente.
Los motores con excitación en serie son aquellos en los que el inductor está conectado en serie con el inducido. El inductor tiene un número relativamente pequeño de espiras de hilo, que debe ser de sección suficiente para que se pase por él la corriente de régimen que requiere el inducido. En los motores serie, el flujo depende totalmente de la intensidad de la corriente del inducido. Si el hierro del motor se mantiene a saturación moderada, el flujo será casi directamente proporcional a dicha intensidad.
Excitación en paralelo (shunt):
El generador con excitación shunt suministra energía eléctrica a una tensión aproximadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tan constante como en el caso del generador con excitación independiente. Cuando el circuito exterior está abierto, la máquina tiene excitación máxima porque toda la corriente producida se destina a la alimentación del circuito de excitación; por lo tanto, la tensión en bornes es máxima. Cuando el circuito exterior está cortocircuitado, casi toda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la excitación es mínima, la tensión disminuye rápidamente y la carga se anula. Por lo tanto, un cortocircuito en la línea no compromete la máquina, que se des excita automáticamente, dejando de producir corriente. Esto es una ventaja sobre el generador de excitación independiente en donde un cortocircuito en línea puede producir graves averías en la máquina al no existir éste efecto de des excitación automática.
Excitación Compuesta:
Es el motor cuya velocidad disminuye cuando el par aumenta y cuya velocidad en vacío es limitada. Las características del motor Compuesta están comprendidas entre las del motor de derivación y las del motor en serie. Los tipos de motor Compuesta son los mismos que para los generadores, resumiéndose el aditivo y el diferencial. El motor en Compuesta es un término medio entre los motores devanados en serie y los de en derivación. En virtud de la existencia del devanado en serie, que ayuda al devanado en derivación, el flujo magnético por polo aumenta con la carga, de modo que el par se incrementa con mayor rapidez y la velocidad disminuye más rápidamente que si no estuviera conectado el devanado en serie; pero el motor no se puede desbocar con cargas ligeras, por la presencia de la excitación en derivación.
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Maquinas Electricas AC
Las maquinas de corriente alterna pueden ser generadores que convierten energía mecánica en energía eléctrica de corriente alterna o motores que convierten energía eléctrica tambien de corriente alterna en energía mecánica. Existen dos clases principales de maquinas de AC, las sincrónicas y las de inducción.
Las maquinas sincrónicas son motores y generadores cuya corriente de campo la suminstra una fuente externa de potencia de DC mientras que la maquinas de induccion son motores y generadores cuya corriente de campo se suminsitra mediante inducción magnética (acción transformadora) dentro de sus embobinados de campo.
Las máquinas de AC se diferencian de las de DC en que los embobinados del inducido están siempre localiados en el estator mientras que los embobinados de campo están localizados en el rotor. El campo magnético giratorio originado en los embobinados de campo de una máquina de AC induce un sistema trifásico de voltajes de CA en los embobinados del inducido localizados en el estator. A la inversa, un conjunto trifásico de corrientes en los embobinados del inducido en el estator produce un campo magnético giratorio que interactúa con el campo magnético del rotor, produciendo un momento de torsíon en la máquina. Estos dos efectos son la versión de la máquina de AC de la acción como generador y de la acción como motor.
- Clasificación
Sincrónicos
Los motores síncronos son un tipo de motor eléctrico de corriente alterna . Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo".
La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados es:
donde:
f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz)
p: Número de pares de polos que tiene la máquina (número a dimensional)
n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto)
Las maquinas sincronas como cualquier otro convertir electromecanico de energia esta sometida al principio reciprocidad electromagnetica. Motor o Generador. Sin embargo en la practica, es mas frecuente el uso de la maquina sincrona como generador, para producir energia electrica, casos pupulares como los alternadores o su uso en centrales hidroelectricas. Su frecuencia de trabajo generalmente varia entre un 50 Hz y 60 Hz, aunque para aplicaciones especiales como en la aviacion la frecuencia de trabajo es cercana a los 400 Hz lo cual estable una reduccion de tamaño.
Hablando del caso motor sincrono, estos motores son usados en la industria donde requieren velocidades de transmision constantes, se destacan por su capacidad de variar su f.d.p. ya que se evita la instalacion de condensadores para reducir la potencia reactiva absorvida.
- Alternador
Un alternador es una maquina eléctrica capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética.
Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.
Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor , que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.
Asincronos o de Induccion:
Estas maquinas se diferencian con las demas por una caracteristica fundamental y es que por uno de sus arrollamiento no circula corriente generalmente es el que se encuentra ubicado en el rotor.
Es importante tener en cuenta que durante el funcionamiento de este tipo de maquinas es posible apreciar una corriente en este arrollamiento, ya que las maquinas asincronas trabajan como un trafo, el estator(inductor) que es la parte fija induce una fem sobre el inducido a causa de los flujos magneticos, por este efecto reciben el nombre de maquinas de induccion.
¿Y porque reciben el nombre de maquinas asincronas?
Es porque tipo de maquinas no tienen una velocidad del giro del rotor sincronizada con la frecuencia de la red.
Este tipo de maquinas hoy en dia son tan prescindibles que la mitad de la energia electrica generada es consumida por estas.
Estas maquinas antiguamente presentaban el problema de la regulacion de la velocidad en el inducido, por lo que en aplicaciones donde se necesitara varias la velocidad se procedia a usar motores de C.C., hoy por hoy con el desarrollo de la electronica de potencia, se han diseñado dispositivos electronicos que por medio de la manipulacion de la onda permite la variacion de la velocidad, por lo que los motores sincronos poco a poco han tomado fuerza en aplicaciones de este tipo.
El estator en las maquinas asincronas o de induccion esta formado por un apilamiento de una serie de chapas de acero al silicio, las cuales disponen de unas ranuras donde se ubica el devanado trifasico distribuido de tal forma que permita la presencia de un flujo magnetico giratorio senosoidal y de amplitud constante.
- Rotor(Inducido) Jaula de Ardilla o corto Circuito:
Las maquinas con rotor Jaula de Ardilla son muy populares por su composicion robusta, simplicidad y su bajo costo en el mantenimiento.
"Los conductores del rotor estan igualmente distribuidos por la periferia del rotor. Los extremos de estos conductores estan cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexion del devanado del rotor con el exterior. La posicion inclinada de las ranuras mejora las propiedades del arranque y disminuye los ruidos."
- Rotor Bobinado o con Anillos
"Los devanados del rotor son similares a los del estator con el que esta asociado. El numero de fases del rotor no tiene porque ser el mismo que el del estator, lo que significa que el numero de polos si debe ser igual. Los devanados estan conectados a anillos montados sobre el mismo eje"
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Electromagnetismo: Leyes y unidades magnéticas
viernes, 18 de diciembre de 20091. Establecer las relaciones entre corriente eléctrica y campos magnéticos: definir fuerza magnetomotriz (fmm) y sus unidades (Amp-vuelta ,o Gilbert)..
Relación entre corriente eléctrica y campo magnético. Una forma de entender esta relación es por medio de un ejemplo, que fue lo que logró percibir Oersted en 1819, cuando observó que al acercar una aguja imantada a un conductor eléctrico aislado por el cual se está conduciendo una corriente observó que la aguja apuntaba hacia el campo magnético que se estaba creado en el conductor por acción de la corriente eléctrica, también observó que la aguja siempre se pone perpendicular a la corriente. En cualquier dirección que se coloque la aguja siempre va a indicar hacia el conductor. Si se llega a invertir la dirección de la corriente en el conductor, la dirección en la cual deflexiona la aguja será opuesta a la anterior, mostrando que el sentido de este campo magnético depende del sentido de la corriente.
Con lo anterior se demostró que hay una relación perfectamente definida entre la dirección de la corriente en un conductor y la dirección del campo magnético alrededor del mismo. Se crea entonces una regla de la mano derecha, la cual con solo colocar el dedo pulgar en la dirección de la corriente eléctrica por el conductor y envolviendo con los demás dedos el conductor, en ese sentido que se cerraron los dedos va a indicar la dirección de las líneas de flujo.
Se entiende entonces que siempre que por un conductor se permita el paso de una corriente eléctrica, esta generará un campo magnético alrededor de este.
Atreves de la ilustración del ejemplo es clara la relación de la corriente eléctrica y el campo magnético, con el fenómeno que demostró Oersted. Ahora enfocándonos un poco más en la parte científico matemática, la receta que gobierna la creación del campo magnético a través de una corriente es la ley de Ampere:
• Donde H es la intensidad del Campo Magnético que en unidades SI se define como Amperes-Vuelta/metro
• I es la corriente en Amperes
Esta relación que existe entre corriente eléctrica y campo magnético es un fenómeno muy popular que permite el funcionamiento de muchos dispositivos utilizados hoy en día por el hombre como:
• Transformadores, con el cambio de nivel de tensión dependiendo de la acción del campo magnético (AC - DC)
• Motor, por medio de la conducción de corriente en presencia de un campo magnético este experimenta una fuerza inducida
• Generador, de la misma forma si un conductor se adapta a un campo magnético producimos corriente con ciertas condiciones.
Así que como regla general la inducción de una fuerza en un alambre conductor que porta corriente en presencia de un campo magnético es la base de la acción motriz relacionado atreves de:
La fuerza magneto motriz (fmm) se define como el producto del número de espiras N multiplicado por la corriente que se le este induciendo al conductor, sus unidades estan en [amp-vuelta] o [Gilbert.
Una fuerza magneto motriz la podemos encontrar en un circuito magnético, que no es más que un circuito cerrado de un material ferromangetico con un arrollamiento por el cual circula una corriente. Esta ultima crea un flujo en el anillo cuyo valor viene dado por:
• Donde Φ es el flujo magnético
• F la fuerza magneto motriz y
• R la reluctancia.
Definición de Gilbert: Unidad de fuerza magneto motriz en el sistema CGS, que corresponde a la imprescindible para hacer pasar un flujo de un weber en una reluctancia de un cersted.
El gilbert es igual a 1,256637061435916 ampere vuelta.
Como unidad práctica se utiliza decigilbert.
2. INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO (H):
Para entender este punto es necesario definir campo magnético. Todo imán ya sea permanente o electroimán tiene dos regiones que se conocen como polos, del polo positivo se emanan líneas de fuerza o de inducción, que vuelven a ingresar al imán pero esta vez por el polo opuesto o negativo. a esta región del espacio en el cual la fuerzas en cuestión se extienden, y el conjunto de ellas hasta donde llega un efecto apreciable, recibe el nombre de campo magnético.
El número total de líneas de inducción en una región dada se llama flujo magnético, cuya unidad es el maxwell, y a la de densidad de flujo es el Gauss, que es igual a 1 maxwell por cm2 medido en un plano perpendicular a la dirección del campo.
Se dice entonces que la densidad de flujo es proporcional a la intensidad del campo magnético, con lo que se puede expresar que la fuerza que actúa sobre un polo situado en un punto determinado del campo es proporcional a la densidad de líneas en el mismo. La fuerza con que actúa el campo sobre la unidad de masa o polo se define como intensidad de campo, y en el sistema CGS es la que actúa sobre dicha unidad de masa con la fuerza de 1 dina. Se representa por la letra H, y en el sistema CGS se llama oersted. La intensidad en oersteds es, pues, igual al número de dinas por unidad de masa y vendrá representada por una línea de fuerza perpendicular al campo y que ocupa, al cortarlo, un centímetro cuadrado de sección.
En el sistema CGS la intensidad de campo y la densidad del flujo son iguales cuando la permeabilidad es uno.
La intensidad del campo magnético es una medida del esfuerzo de una corriente por establecer un campo Magnético
3. Densidad de flujo magnético
Su símbolo es la B, y también se conoce como inducción magnética o densidad de flujo magnético. La densidad de flujo magnético en una región de un campo magnético es el número de líneas de flujo, medidas en Weber (Wb), que atraviesan perpendicularmente la unidad de área, medida en m2, de una región. La unidad de la densidad en el SI es el tesla.
Existe una relación entre la intensidad del campo magnético, la permeabilidad magnética del material y la densidad resultante del flujo magnético producido, y se da por:
La verdadera densidad del flujo magnético producido en un trozo de material se indica por el producto de la intensidad del campo magnético (H), que representa el esfuerzo que ejerce la corriente para establecer un campo magnético y la permeabilidad magnética del material (μ), que representa el esfuerzo que realiza la corriente para establecer un campo magnético en un material dado.
Se conoce como permeabilidad magnética, la capacidad de una sustancia o medio, para hacer pasar a través de sí los campos magnéticos, por lo tanto entre mayor sea indica que permite concentrar más magnitud del campo magnético.
Existen otras relaciones sobre la permeabilidad, cuando es en un espacio libre o en el aire está definida como:
Ahora, para comparar la capacidad de concentración magnética nos referimos a la permeabilidad relativa definida como:
4.Se llama flujo magnético a la cantidad de líneas de fuerza que pasan por un circuito magnético, además de lo anterior el flujo magnético matemáticamente se define como un producto escalar entre el campo y la superficie , siendo B el campo y S la superficie, teniendo encuentra también el Angulo de incidencia formado entre líneas .
Existe una receta general para determinar el flujo magnético.
Esta receta es general ya que permite calcular el flujo en los diferentes casos
• Cuando el campo es perpendicular a la superficie
• Cuando no lo es y tiene un angulo de incidencia.
En cuanto a las unidades el flujo magnético en el sistema internacionales el weber y se designa asi(Wb) o en el sistecegesimal es utilizado el maxwel y la relacion existente entre estos es (1 weber =108 maxwells).
5. Se define reluctancia magnética a la resistencia que posee un material de ser influenciado por un campo magnético, y se indica a través de la relación que hay entre la fuerza magneto motriz (fmm) y el flujo magnético.
La reluctancia es equivalente a la resistencia en un circuito eléctrico, así que si queremos obtener una reluctancia equivalente de varias en serie solo procedemos a sumarlas, y se procede de la misma forma para obtener una resistencia equivalente en paralelo para las reluctancias. También es importante comentar que como en un circuito eléctrico la resistencia tiene su inverso que es la conductancia, la reluctancia tiene su inverso que es la permeancia.
Para calcular la reluctancia en un circuito se aplica la siguiente ecuación:
Donde:
• R -> reluctancia, medida en amperio vuelta por weber ( A v/Weber ). Esta unidad es equivalente al inverso del Henrio (H-1) multiplicado por el número de espiras al cuadrado.
• l -> longitud del circuito, medida en metros.
• μ -> permeabilidad magnética del material, medida en H/m (henrio/metro).
• A -> Área de la sección del circuito (sección del núcleo magnético), en metros cuadrados.
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Magnetismo e Imanes Permanentes
Establecer las condiciones y la manera como se reconoce la existencia del fenómeno magnético.
El fenómeno magnético se puede definir como la fuerza de atracción que ejercen los átomos de dos elementos con cargas opuestas esto ligado directamente con los campos magnéticos, un campo magnético es la propiedad por la cual una carga eléctrica especifica y de un valor definido se desplaza con una velocidad existiendo una fuerza proporcional y perpendicular a dicha velocidad formando así una propiedad del campo magnético conocida como inducción magnética.
Un ejemplo es el campo magnético terrestre el cual crea su campo de forma natural con los polos de la tierra (polo sur y polo norte)y es por eso que con un elemento como la brújula podemos ubicar la posición en la que nos encontramos.
Los materiales que presentan notablemente este tipo de fenómenos están fabricados en base hierro y acero (materiales ferro magnéticos).
Lo más común para reconocer y palpar este tipo de fenómenos es atreves de:
• Brújula, la cual nos indica la dirección del campo magnético terrestre, atreves de un sur o un norte dependiendo de nuestra ubicación, y de la intensidad del campo magnético en cuestión
• Polos magnéticos, este fenómeno se aprecia generalmente cuando contamos con dos imanes y si sus polos son iguales se repelen, caso diferente si son distintos se atraen.
• El fenómeno de la inducción magnética también se aprecia al frotar nuestro pelo con una bomba o una regla plástica, la cual queda posibilitada para atraer diminutos papelitos, ya que lo negativo es atraído por lo positivo, en el momento que ejecutamos la acción de frotar transferimos electrones a la bomba, causando que la bomba se vuelva de carga negativa.
• Otro ejemplo practico por medio de el cual se reconoce la presencia de un campo magnético, se presenta al exponer oxido de hierro sobre una hoja de papel que esta sobre un imán o campo magnético generado por alguna maquina, el oxido de hierro adopta formas de líneas curvas, semicirculares y discontinuas en algunos casos dependiendo de la posición de la hoja.
Lo anterior describe las características fundamentales que se presentan en un fenómeno de tipo magnético, pero también se puede reconocer por factores mas específicos en el área del electromagnetismo como
• Magnetismo remanente, es la inducción magnética que queda en un material magnético después de suprimir un campo magnético aplicado.
• Inducción residual en un material magnético es el valor de la inducción magnética para la condición de campo magnético aplicado nulo, cuando el material se halla en la condición de imanación simétrica cíclica. Se diferencia del magnetismo remanente en el requisito de la condición cíclica.
• Retentividad, inducción magnética que queda en un material después de eliminar el campo magnético.
• Campo coercitivo de un material magnético, es la magnitud del campo magnético para lo cual se anula la inducción magnética cuando el material se imana en condición simétrica cíclica.
• Coercitividad, es el campo coercitivo requerido para anular la inducción magnética partiendo de una condición correspondiente a la inducción de saturación.
Establezca una clasificación de los imanes, las particularidades de cada tipo, los materiales utilizados y las formas más comunes.
Los imanes se dividen en dos tipos generales: imanes permanentes y electroimanes. Los primeros tienes la propiedad de retener su magnetismo indefinidamente, sin utilizar corriente eléctrica que los excite. Estos están fabricados generalmente de acero templado y sus aleaciones. Los segundos depende su magnetismo de la acción magnética de las corrientes eléctricas. Se fabrican con hierro dulce y acero suave, y poseen una gran sensibilidad a las variaciones del efecto magnético de las corrientes eléctricas.
Dentro de los imanes permanentes se encuentran los imanes naturales los cuales están formados por un mineral de hierro conocido en metalurgia con el nombre de magnetita o piedra imán, y cuya composición química es Fe3O4.
Los imanes prensados tienen muchas formas de acuerdo la aplicación. Imanes cuadrados, anulares, redondos y segmentos son los más comunes. Cualquier forma puede realizarse en un imán salvo que debe determinarse antes del prensado. Aunque se puede cambiar su forma una vez fabricado se necesitan complicados procesos poco prácticos. Si se desease hacer perforaciones, agujeros, biseles, avellanados, además de todas las operaciones de calado solo pueden realizarse en la dirección del prensado.
CLASIFICACION DE LOS MATERIALES POR TIPOS DE COMPORTAMIENTO MAGNETICO
Los materiales según su tipo de comportamiento magnético se clasifican en:
• ferro magnéticos
• diamagnéticos
• paramagnéticos
• antiferromagnéticos
Materiales ferro magnéticos: un material ferro magnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo, es decir, que presenta un ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Dentro de este grupo se encuentran materiales como Fe, Co, Ni, Gd, Dy, MnAs, MnBi, MnSb, CrO2, MnOFe2O3, EuO, MgOFe23. Los materiales ferro magnéticos por acción de una alta temperatura llegan a destruir la interacción magnética.
*SuperImanes: En esta subclase de materiales ferro magnéticos en base a aleaciones de RE y metales de transición desarrollado durante 1970 y 1990 denominados superimanes o imanes permanentes, su mayor característica es la relación tamaño, campo magnético ya que además que se fabrican imanes diminutos la intensidad de campo magnético que generan entre polos es muy alta.
Materiales diamagnéticos: un material diamagnético es lo opuesto a los ferros magnéticos, ya que son materiales que en presencia de un imán, se repelen. Este fenómeno fue descubierto y nominado por primera vez en 1845 por Michael Faraday, cuando observo como un trozo de bismuto era repelido por cualquiera de los lados de un imán, lo que le indicó que el campo externo del imán induce un dipolo magnético en el bismuto en sentido opuesto.
Los materiales diamagnéticos más comunes son: bismuto metálico, hidrógeno, helio y los demás gases nobles, cloruro de sodio, cobre, oro, silicio, germanio, grafito, bronce y azufre.
Materiales paramagnéticos: tienen esta denominación los materiales cuya permeabilidad magnética es similar a la del vacio. Estos materiales no presentan el fenómeno de los materiales ferros magnéticos. En términos físicos, se dice que su permeabilidad magnética relativa tiene un valor aproximado igual a 1.
Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales, cuando están sujetos a un campo magnético. Una vez se retire el campo magnético, la entropía hace que se destruye el alineamiento magnético por la falta de energía. Algunos materiales paramagnéticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio y tungsteno.
Materiales antiferromagnéticos: un material antiferromagnético es aquel que puede presentar anti ferromagnetismo y esto hace referencia con el ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección pero en sentido inverso, cancelándolos si tienen el mismo valor absoluto, o reduciéndolos si son distintos.
Al igual que ferromagnetismo, la interacción antiferromagnética se destruye a alta temperatura por efecto de la entropía. La temperatura por encima de la cual no se aprecia el anti ferromagnetismo se llama temperatura de Neel. Por encima de esta, los compuestos son típicamente paramagnéticos.
Apoyado con un gráfico, defina polo magnético y enumere y explique las propiedades de los polos.
Recibe el nombre de polos las regiones que posee cualquier imán, las cuales se denotan como positivo o negativo de acuerdo al comportamiento del campo magnético que el imán produce. El polo positivo es la parte del imán que emite campos magnéticos y el negativo la parte que los recibe. Las siguientes son algunas de sus propiedades.
Propiedades:
• De atracción o repulsión de acuerdo a la región que tenga enfrentada. Dos imanes de polos iguales se repelen mientras que de polos diferentes (norte – sur) se atraen.
• Su propiedad magnetica permite que el campo que emite pueda ingresar nuevamente por el polo opuesto.
• Si se llegase a partir en dos una barra de iman, inmediatamente se crean los dos polos en cada trozo N-S
• Todo polo norte induce un polo sur, y todo polo sur induce uno norte en cualquier iman
• En una barra imantada , el plano medio entre los polos se llama zona neutra o ecuador.
• Si se coloca un polo norte muy débil al lado de un polo norte muy intenso, hay una atracción entre ellos, esto debido a que el polo norte intenso induce un polo sur el cual se sobrepone al débil polo norte.
• La fuerza de atracción (o de repulsión) entre dos polos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos, siempre que las dimensiones de los polos sean pequeñas comparadas con tal distancia.
Para entender las diferencias entre las líneas de campo, líneas de fuerza y líneas de inducción es necesario primero conocer sus definiciones por separado así:
• Líneas de campo, describen la estructura del campo magnético en tres dimensiones. Convergen donde la fuerza magnética es mayor y se separan donde es mas débil. Para entender esto en una barra imantada, las líneas de campo se separan de cada polo en particular y convergen en el opuesto, siendo la fuerza magnética mayor cerca los polos donde se reúnen.
• Líneas de fuerza, las líneas de campo son las que salen de los polos de un imán, mientras que las líneas de fuerzas, son líneas rectas que van tangenciales a los líneas de campo, se puede tomar en cualquier punto de la línea de campo. Las líneas de fuerza se pueden ver como vectores es decir tienen dirección y sentido. El sentido de estas líneas siempre van a estar de polo norte a polo sur.
• Líneas de inducción, son líneas tangentes en cada uno de sus puntos al vector inducción magnética. La concentración de líneas de inducción en una zona del espacio es proporcional al valor de la inducción magnética en dicha zona
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Conceptos de Circuito y Sistema Electrico
a) Precisar, explicar y clasificar los elementos o dispositivos eléctricos
Los Dispositivos o elementos electrónicos son aquellos que forman parte de un circuito electrónico, las características generales de estos dispositivos es que suelen terminar en dos o mas terminales conductoras (metálicas), están encapsulados en materiales de tipo cerámico metálico o plástico, diseñados para cumplir distintas funciones dependiendo de su conexión con otros elementos por medio de soldadura en un circuito impreso.
Clasificación de los elementos o dispositivos eléctricos
Los elementos o dispositivos eléctricos se suelen clasificar dependiendo de diferentes características, como:
• Según su Estructura Física encontramos dos tipos de elementos:
- Discretos: Son dispositivos que se encuentran encapsulados individualmente como el resistor, condensador, diodos transistor etc..
Resistor: Es un elemento que se opone al paso de la corriente, se encuentran diversos usos, transformación de energía eléctrica en calórica, como en las estufas eléctricas o en algunos calentadores
- Integrados: Aquí encontramos los dispositivos electrónicos del tipo circuitos integrados, compuertas etc.. Son aquellos que pueden contener más de 1 dispositivo discreto o miles.
Compuertas: Son dispositivos compuestos de redes de interruptores, que interpretan operaciones booleanas para obtener un resultado dependiendo de la combinación de estas.
• Según el material de Fabricación tenemos:
- Semiconductores: Son elementos que son capaces de comportarse como conductores, o aislantes como el transistor NPN o PNP
Transistor: Dispositivos que son tradicionalmente utilizados como amplificadores, osciladores, conmutadores o rectificadores. Este elemento cuenta con la ventaja que dependiendo de ciertos tipos de factores permite polarizarse para adaptarse a los usos ya mencionados.
- No semiconductores
• Según su funcionamiento:
- Pasivo: Absorbe o consume energía, la Potencia es Positiva, Aquí encontramos dispositivos tales como, resistores, condensadores, bobinas entre otros
Condensadores: Son elementos que permiten contener energía por determinado tiempo para después ser liberada y usada para diferentes funciones. Son elementos que son comúnmente utilizados como filtros de señal en sistemas de audio.
- Activo: Suple Energía, la potencia es negativa, encontramos fuentes de voltaje y corrientes dependientes e independientes.
• Según el Tipo de Energía:
- Electromagnéticos: Son los que aprovechan las propiedades electromagnéticas de los materiales, aquí encontramos los transformadores y las bobinas donde se refleja un efecto como el campo magnético
Transformador: Maquina eléctrica que por medio de principios magnéticos permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna conservando su frecuencia.
- Electros acústicos: Transforman la energía acústica en energía eléctrica y viceversa, como el micrófono o las bocinas entre otros.
- Opto electrónicos: Transforman la energía luminosa en eléctrica o viceversa como las foto celdas, Bombillas etc.…
• Según su uso más común:
- Analógicos: Son dispositivos en los cuales la señal varia de forma continua y suave, tipo senoidal como lo son: Amplificador operacional, relé, inductor etc...
- Digitales: La señal en estos dispositivos no varían de forma continua, y trabajan a través de binarios o cambios de estados lógicos, como: Puerta lógica, Micro controladores etc.…
- Potencia: Son dispositivos semiconductores de potencia de los cuales se derivan el diodo y el transistor.
b) Explique qué es necesario disponer para usar la energía eléctrica
Teniendo en cuenta que ya se produjo la energía y se encuentra disponible para el uso, para emplear este flujo eléctrico es necesario disponer de una maquina eléctrica, que es donde la energía eléctrica cumple su misión al transformarse en otro tipo de energía, ahora para que el flujo de energía llegue a su destino es necesario de un conductor, los llamados cables o alambres que podemos encontrar de diferentes tipos y que se ajustan a diferentes requerimientos. El conductor y la maquina eléctrica nombradas son elementos que permiten componer lo que recibe el nombre de circuito eléctrico, el cual consta de una fuente de energía eléctrica, conductores de flujo eléctrico, y resistencias, inductores, condensadores entre otros.
c) Establezca los principales elementos y mínimos que intervienen
Aquí nos centramos en los elementos que permiten disponer de energía eléctrica, directa o indirectamente clasificándolos de la siguiente forma:
• Principales: Se describen los elementos que son fundamentales para disponer de energía eléctrica
- Conductores (Cable Nª22)
- Maquinas Eléctricas(Motores, Focos de Luz, Dispositivos electrónicos como resistencias, condensadores)
- Tomas de Corriente (T, enchufes, borneras)
• Mínimos: Aquí encontramos elementos que pueden adaptarse a los circuitos eléctricos, pero que en relación de la pregunta de Disponer de la energía eléctrica cumplen funciones secundarias
- Fusibles
- Interruptores (Abiertos o Cerrados, de Seguridad)
- Instrumentos de Medición (Voltímetro, Amperímetro)
- Reguladores de Tensión
d) Enumere las características básicas que debe tener el establecimiento de un servicio de energía eléctrica
“
1) Análisis de carga
2) Cálculo de transformadores.
3) Análisis del nivel tensión requerido.
4) Distancias de seguridad.
5) Cálculos de regulación.
6) Cálculos de pérdidas de energía.
7) Análisis de cortocircuito y falla a tierra.
8) Cálculo y coordinación de protecciones.
9) Cálculo económico de conductores
10) Cálculos de ductos, (tuberías, canalizaciones, canaletas, blindobarras).
11) Cálculo del sistema de puestas a tierra.
12) Análisis de protección contra rayos.
13) Cálculo mecánico de estructuras.
14) Análisis de coordinación de aislamiento.
15) Análisis de riesgos eléctricos y medidas para mitigarlos.
16) Cálculo de campos electromagnéticos en áreas o espacios cercanos a elementos con altas
tensiones o altas corrientes donde desarrollen actividades rutinarias las personas.
17) Cálculo de iluminación.
18) Especificaciones de construcción complementarias a los planos incluyendo las de tipo técnico de
equipos y materiales.
19) Justificación técnica de desviación de la NTC 2050 cuando sea permitido, siempre y cuando no
comprometa la seguridad de las personas o de la instalación.
20) Diagramas unifilares.
21) Planos eléctricos de construcción. “
Articulo Tomado de Anexo General RETIE (Disponible en http://www.aciem.org/bancoconocimiento/R/RETIENuevoOficial/RETIENuevoOficial.asp)
e) Realice un resumen de la estructura de un sistema de energía eléctrica: etapas, niveles de tensión normalizados, equipos que intervienen, etc.
Central Hidroeléctrica
Sistema de producción de energía eléctrica, en base a la utilización de caídas de agua que por medio de un principio físico como lo es la energía potencial nos permite la rotación de una o varias turbinas que en conjunto con un alternador genera energía eléctrica para ser distribuida o utilizada de diferentes formas.
Etapas:
• Desvió del cauce del Agua
En esta etapa se busca tomar el agua que viaja a través de un rio y canalizarla para aprovechar la energía cinética o potencial gravitatoria. Lo más común es el uso de una prensa en primer lugar la cual se encarga de retener y almacenar agua, generalmente es una barrera en hormigón. La prensa por medio de los desagües puede controlar la cantidad de agua que almacena elevando o reduciendo el nivel del fluido dando paso al embalse. También es importante en esta etapa los ductos que se encargan de transportar el fluido en este caso agua hasta las turbinas.
• Etapa Transformadora
Aquí encontramos todos los elementos que se encargan de dar finalidad a la obtención de la energía eléctrica, esto se hace a través de turbinas que rotan por acción de la energía que trae el agua. Las turbinas constan de una serie de palas en las que el agua golpea y que están fijadas a un rotor que a través de este ciclo continuo permite un movimiento circular, que un alternador o generador lo interpreta transformando la energía mecánica en energía eléctrica.
• Etapa de Distribución
Permite que la energía eléctrica acumulada, sea enviada a zonas rurales o urbanas y dispuesta para diferentes fines, esto se hace a través de líneas eléctricas. Cabe aclarar que el flujo eléctrico sufre un proceso de transformación y regulación antes de ser liberado y por ultimo también se encuentran las zonas de instalaciones auxiliares o mantenimiento.
Los niveles más comunes de este tipo de sistemas de energía eléctrica son:
• Nivel de tensión I: tensiones inferiores a 1 kV
• Nivel de tensión II: tensiones comprendidas entre 1 a 30 kV
• Nivel de tensión III: tensiones comprendidas entre 30 kV y 62 kV
• Nivel de tensión IV: tensiones de valor mayor a 62 kV
Equipos que Intervienen en un sistema de producción de energía hidráulica:
• Turbinas.
• Alternadores.
• Ventiladores.
• Interruptores.
• Transformadores.
• Autoválvulas.
• Protecciones eléctricas.
• Bombas.
• Válvulas.
• Cargadores de baterías.
• Cuadros de control.
• Aparatos de señalización, alumbrado, comunicación y transmisión de datos.
• Amperímetro
• Ohmetro.
• Voltimetro
• Equipos de instrumentación y control.
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Energías Renovables
- Planta Solar(Fotovoltaica)
Este tipo de plantas trabajan en base del aprovechamiento de los recursos que nos ofrece una estrella como el sol. Recursos de tipo lumínico y calórico.
Como se aprecia en el diagrama, una central Fotovoltaica trabaja por medio de un Modulo Fotovoltaico, con sus correspondientes celdas el cual se encarga de absorber la luz (fotones) y transfórmala en energía eléctrica. Esta flujo eléctrico es de tipo DC (Corriente Continua) el cual puede ser canalizado atreves de un acumulador (baterías) para ser usado en diferentes dispositivos, o existe la posibilidad de añadir un Inversor el cual convertirá a tipo CC (Corriente Continua)
Central Hidráulica
En esta etapa se busca tomar el agua que viaja a través de un rio y canalizarla para aprovechar la energía cinética o potencial gravitatoria. Lo más común es el uso de una prensa en primer lugar la cual se encarga de retener y almacenar agua, generalmente es una barrera en hormigón. La prensa por medio de los desagües puede controlar la cantidad de agua que almacena elevando o reduciendo el nivel del fluido dando paso al embalse. También es importante en esta etapa los ductos que se encargan de transportar el fluido en este caso agua hasta las turbinas.
Aquí encontramos todos los elementos que se encargan de dar finalidad a la obtención de la energía eléctrica, esto se hace a través de turbinas que rotan por acción de la energía que trae el agua. Las turbinas constan de una serie de palas en las que el agua golpea y que están fijadas a un rotor que a través de este ciclo continuo permite un movimiento circular, que un alternador o generador lo interpreta transformando la energía mecánica en energía eléctrica.
Permite que la energía eléctrica acumulada, sea enviada a zonas rurales o urbanas y dispuesta para diferentes fines, esto se hace a través de líneas eléctricas. Cabe aclarar que el flujo eléctrico sufre un proceso de transformación y regulación antes de ser liberado y por ultimo también se encuentran las zonas de instalaciones auxiliares o mantenimiento.
- Central Eólica
- Central Mareomotriz
La energía Mareomotriz es una forma de utilizar la estrella solar de forma distinta. Básicamente este tipo de centrales están construidas en base al movimiento de las masas de aire de centros de alta presión a baja presión, donde también interviene el ciclo de evaporación, condensación y precipitación del agua. Específicamente cuando la marea sube las compuertas del dique se abren y el agua ingresa al embalse, al llegar el nivel del agua a un punto preestablecido las compuertas se cierran y mantienen el fluido, en el momento que la marea baja, el nivel del mar desciende por debajo del embalse, y en la máxima diferencia entre el liquido que se encuentra contenido y el mar, las compuertas se abren y dejan salir el agua, la cual cae sobre turbinas que al igual que en la energía hidraulica, permite el giro del eje acoplado al alternador convirtiendo energía mecánica en energía eléctrica.
- Central Geotérmica
La energía Geotérmica es una alternativa térmica para producir energía eléctrica. El funcionamiento de este tipo de centrales radica la extracción de gases contenidos en el subsuelo, estos gases son transportados por medio de una tubería y almacenados en depósitos sellados para ser liberados hacia turbinas, donde por medio de la energía cinética permite el movimiento del eje o rotor en conjunto con un generador que transforma el movimiento en un señal eléctrica, para después ser distribuida para diferentes usos cotidianos o de tipo industrial. Al subir el gas al deposito vuelve a su estado liquido y por medio de otra tubería es enviada al subsuelo.
- Biomasa
Las centrales de Biomasa son una de las alternativas mas agradecidas como sistema para producir energía eléctrica por su bajo impacto ambiental. Este tipo de centrales trabajan en base a materia orgánica derivada de animales y vegetales, por medio del proceso de la fotosíntesis recibe energía del sol, todo este tipo de materia es recogida y transportada a una central donde ingresa a una caldera donde por medio de la combustión libera energía, el resultado de la combustión se utiliza para calentar agua que viaja atreves de ductos a altas temperaturas hasta llevarla a estado gaseoso, este gas se mantiene contenido en los ductos para ser liberado a alta presión hacia una turbina que permite el movimiento de un eje en conjunto con un alternador o generador que se encarga de transformar energía mecánica(cinética) a energía eléctrica. Los residuos de la combustión son recogidos y utilizados como abono y los gases de la combustión purificados para ser entregados al medio ambiente
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Conmutacion en Motores
Todas las maquinas independientemente del tipo generador o motor para convertir energía mecánica en eléctrica o viceversa, o maquinas dependientes de la clase de flujo eléctrico como las DC, en su interior mantienen circulación de corrientes alternas, entonces nos preguntamos como es que a su salida obtenemos corriente directa, esta funcionalidad es debida a un mecanismo llamado conmutador el cual se encarga de convertir tensiones ac internos en tensiones dc externos en su terminales de salida.
En base a esta apreciación la maquina de corriente directa también recibe el nombre de maquina de colector o conmutada
Ejemplo Basico para ilustrar este ejemplo:
Un espira sencilla que rota
Como podemos ver atravez de este grafico, este es el ejemplo cotidiano de una maquina que genera energía de tipo eléctrica, su constitución a primera vista es muy simple, observamos dos imanes ubicados polo sur vs polo norte espaciados por un conductor en forma de espira, este montaje puesto en acción girando por medio de la aplicación de alguna fuerza externa, generaría un senal sinusoidal del siguiente tipo:
Ahora nos preguntamos pero como es que este tipo de maquina tan simple puede llegar a producir una señal de este tipo?
Pues la respuesta no es tan compleja, el montaje trabaja de la siguiente manera, por medio de una fuerza externa que permita el giro de la espira, y de su interaccion con los imanes se producirá un campo magnetico que sobre el conductor inducirá una corriente. Como podemos ver en la grafica, esta senal se produce a lo largo de un giro de 360°.
Durante este giro dependiendo de la posición y con base en la receta básica de la producción de una fuerza electromotriz obtenemos como resultado final una corriente de tipo alterna que no se encuentra rectificada, muchos pueden pensar y el conmutador en donde esta? Todo esta explicación es un repaso a groso modo para dar a entender con mayor claridad el trabajo que ejecuta este mecanismo.
Ahora la idea es buscar la forma de generar una señal de tipo dc, aquí es donde entra a funcionar el conmutador
Como podemos ver en este diagrama, a el montaje simple de la escobilla ya visto, se agregaron dos segmentos de platinas semicirculares que reciben el nombre de colector y dos contactos también llamados escobillas dispuestos de tal forma que cuando la fem generada sea cero se cortocircuiten, este concepto es el plano neutro ya tratado en clase. Esta disposición permite que cada vez que la tensión en la espira cambia de dirección, los contactos cambian las conexiones.
Cabe aclarar que en este montaje las terminales de salida siempre están dispuestas de la misma manera, el proceso anterior recibe el nombre de conmutación, los segmentos semicirculares rotantes se denominan segmentos de conmutación y los contactos fijos se llaman escobillas.
Finalmente atravez de la implementación de este sistema obtenemos una señal de este tipo:
Es una señal de corriente directa que por medio del proceso de conmutación esta rectificado, en clases pasadas este modelo fue visto como un rectificador de tipo mecánico.
En Resumen
La conmutacion es el proceso de cambiar las conexiones de la espira del rotor de una maquina dc justamente cuando el voltaje en la espira cambia de polaridad, para mantener un voltaje de salida dc constante.Problemas de Conmutacion en Maquinas Reales DC
Es importante tener en cuenta que las maquinas que encontramos en nuestra vida cotidiana, no tienen un montaje como el ya expuesto. Lo mas posible es encontrar maquinas DC reales en las cuales debemos tener en cuenta ciertos factores que pueden entorpecer el proceso de conmutación como: .(Preambulo para Problemas de Conmutacion)
• La reacción del Inducido
• Las Tensiones L di/dt
A continuación procedemos a dar a conocer a profundidad estos problemas y soluciones para corregirlos.
La reacción del inducido (Efecto)
Basicamente este tipo de maquinas constan de un estator donde se ubican los polos magneticos que varian dependiendo de la clase de motor, y el inducido donde se encuentran una serie de conductores o espiras. Al inducir una carga sobre el rotor se produce un campo magnetico propio que altera el campo magnetico creado a apartir de los imanes dispuestos, cuando se incrementa la carga este es el efecto que recibe el nombre de reacción del inducido
El efecto de reacción del inducido incide en:
• Desplazamiento del plano neutro, el plano neutro es la ubicación de las escobillas de tal forma que los alambres del rotor estén en paralelo con el flujo magnetico.
En un generador el desplazamiento del plano neutro, se produce en dirección del movimiento del rotor, en un motor el desplazamiento del plano neutro se produce en dirección contraria al giro del rotor.
El desplazamiento del plano neutro depende de la carga aplicada a la maquina y de la corriente rotorica
Finalmente la conclusión a la que podemos llegar sobre el desplazamiento del plano neutro.
Es necesario que el conmutador cortocircuite los segmentos de conmutación en el momento en que la tensión circulante es igual a cero. Si se ubican las escobillas en el plano neutro, el voltaje es cero mientras la maquina se mantenga en vacio, cuando se cargue el plano neutro se va a descompensar, y al revez esta descompensación produce el aumento de una tensión finita atravez del corto cuito en los segmentos de conmutación.
El resultado final es un flujo de corriente circulante entre los segmentos corto cricuitados y grandes chispas en las escobillas cuando se interrumpe el camino de la corriente al abandonar la escobilla un segmento.
Esto repercute en la reducción de la vida de trabajo de las escobillas y los segmentos de conmutación.
En casos extremos la reacción del inducido puedo producir un desplazamiento del plano neutro tal que puede producir flameo en los segmentos de conmutación cerca de las escobillas, ocurre porque cuando la tension en los segmentos de conmutación es muy alta, este flameo puede llegar a fundir la superficie del colector.
• Debilitamiento de Campo (Por la reacción del inducido)
Para dar explicación a este efecto es necesario conocer que la mayoría de maquinas operan a densidades de flujo cercanas a su punto de saturación, esto repercute en el aumento o disminución del flujo dependiendo de la ubicación en el motor:
Si observamos el estator, específicamente las caras polares, aquí ocurre un incremento del flujo magnetico, esto se debe a que a la fuerza magneto motriz del rotor se adiciona a la fuerza magneto motriz del polo, en cambio por otro lado se presenta una gran disminución del flujo en los sitios superficiales polares donde la fuerza magneto motriz del rotor se resta con la fuerza magntomotriz del polo. Y teniendo en cuenta estos dos efectos el resultado final es la disminución del flujo promedio total bajo la cara polar completa
Como conclusión final el debilitamiento del flujo magnético afecta tanto a motores como a generadores, en los generadores como resultado la tensión entregada disminuye, pero en el caso de los motores, las consecuencias son más drásticas, si el flujo magnetico disminuye aumenta su velocidad como pudimos verlo en el laboratorio, en el caso del motor tipo shunt. Es importante tener en cuenta que en motores de tipo derivación dc, este debilitamiento del flujo magnetico puede producir un desvocamiento tal que la maquina puede llegar a desarmarse o desconectarse de la linea de potencia.
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