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MOTORES ELÉCTRICOS, DISEÑO
Y FUNCIONAMIENTO
Julio Germán Rodríguez
Ojeda
cordiales en esta ocasión vamos a ver los motores eléctricos que son aparatos o máquinas que transforman convierten la energía eléctrica en energía mecánica los fundamentos de los motores se basan en las interacciones o relaciones que hay entre fuerzas magnéticas veamos aquí un ejemplo cuando un imán fijo lo colocamos y acercamos otro con su polaridad diferente veamos qué ocurre lo atrae Y si la polaridad del que se acerca es igual lo rechaza esta interacción conocida también como ley de coon es importante en el diseño de los motores eléctricos la interacción también puede ser entre un elemento llamado electroimán que hemos diseñado aquí en una Barrita de hierro un clavo un enrollado de alambre de coro y barnizado número 22 más o menos 1 metro de alambre y al colocar o suministrarle corriente eléctrica sabemos Esa es la característica justamente de un electri produce este efecto de atracción a ciertos cuerpos y ese efecto aplicado a un campo magnético produce lo siguiente el Polo Norte Me genera o me induce un Polo Norte magnético al
aproximar a esta aguja magnetizada vemos que hay atracción si invierto la polaridad vemos que la repel est es otra manifestación del comportamiento de Campos magnéticos sean producidos por electroimanes o imanes permanentes o fijos con Estas ideas se han diseñado estos aparatos llamados los motores eléctricos y vamos nosotros aquí hoy a explicar cómo es el funcionamiento de un diminuto motor experimental hemos armado hemos construido en dos láminas de acero un enrollado de alambre de Core barnizado aproximadamente unas 100 vueltas alambre de cor barnizado número 22 Y de esa manera queda aquí eh constituido un electro yano de igual manera acá también en una lámina de acero hemos enrollado también aproximadamente 100 vueltas del mismo hilo de Core barnizado número 22 para constituir otro electri veamos que las terminales las puntas vienen hacia acá afuera la interrelación se produce cuando se coloca el L enrollado de alambre que le voy a denominar yo rotor entre los extremos del enrollado de alambre que es que está fijo que voy a denominarlo estator que son los componentes de un motor Este es el rotor y este es el estator como son dos electroimanes necesitan corriente eléctrica para funcionar y la corriente va a venir por estos extremos he señalado aquí un polo negativo que me va a crear cuando ingrese los de alambre o bobinas me va a crear Campos magnéticos en el caso del Polo Negativo me va a crear campo magnético sur y va a ingresar por aquí un cable a la bobina fija que es el estator y va a crear aquí
decir vamos a tener un estator formado por imanes permanentes y el rotor s va a ser un electroimán tiene dos bobinas con sus extremos respectivos están frente a los polos y la corriente va a ingresar por este extremo que va a constituirse en un Polo Norte porque la corriente va a ser aquí de carácter positivo al ingresar por este elemento por esta escobilla y por este colector cuando está en esta posición en esta posición el colector tiene una división este extremo va a ser Polo positivo y crea un campo Norte y se va a producir un impulso un rechazo de esta manera cuando se mueve la mitad otra vez el otro extremo que antes era Polo Sur se va a convertir otra vez acá en este extremo en Polo Norte y se produce así sucesivamente el rechazo y se va a mover este motor por sí solo usaremos la misma batería o pila el Polo rojo en en el lado Norte para que cree campo magnético de igual polaridad y el negro en el Polo Sur y ahí tenemos que el funcionamiento se da sin ningún problema es un motor que tiene mejor diseño mejor trabajo Es un modelo muy didáctico para enseñar en una clase de laboratorio vengamos por este lado y vamos a ver ahora un modelo que lo considero el modelo muy apropiado para eh interpretar comprender el movimiento de un motor aquí el estator voy a usar yo un motor un imán permanente en forma de u de considerable eh fuerza magnética miren estos clavitos que son atraídos Esto va a ser el estator este elemento complementario es de hierro y va a ir sujeto en la parte superior del imán y todo esto va a estar influenciado
por el campo magnético todo esto va a ser el estator y lao viene en este caso vemos que difiere un poco de las anteriores está mejor diseñada hay más vueltas el conmutador o colector Ahora tiene cuatro espacios que me va a permitir que con poco giro ya cambie de polaridad es más eficiente el rendimiento este este tipo de inducido que es el nombre propio o llamado también rotor se le conoce en el campo de nuestros materiales de laboratorio como inducido en forma de tambor o bovina en forma de tambor voy a colocarlo aquí en el soporte para sujeto con esta pequeña polea y las escobillas en este caso son mejor diseñadas son de un material de grafito o carbón mineral pan sujeta en sus extremos con estas clavijas fijo la una y Aquí vamos a colocar la otra y ahí tenemos ya los componentes del motor completo igual que el motor pequeñito que hicimos anteriormente tenemos el estator polos magnéticos Sur Polo magnético Norte El rotor la bobina el conmutador o colector y las escobillas este motor es de mayor tamaño y para su funcionamiento requiere también un poco más de fuerza eh Es decir mayor voltaje Aquí voy a colocar el Polo rojo positivo para que coincida con el Polo Norte del imán que es del color rojo y el cable negro para qu coincida con el Polo Sur del imán y le voy a suministrar eh corriente eléctrica por medio de una fuente de corriente eléctrica que en este caso eh Me va a dar 6 vol de corriente aproximadamente miren es un rendimiento mejor los componentes también están mejor elaborados el tiempo de duración de este
que está en nuestro alcance que son los ventiladores etcétera etcétera hemos dado un pequeño recorrido para que más o menos aportar a los que observen este documental sobre Cómo se originó y cómo se aplica se utiliza esta gran aporte al bienestar nuestro a la civilización que son los motores de corriente eléctrica Muchas gracias por ahora nos vemos en una próxima clase
Introducción a los Motores
Lección 1
Saul Erazo bueno cerca del 58 por ciento de toda la electricidad generada se utiliza para mover motores eléctricos hacerlos funcionar correctamente requiere saber qué clase de mantenimiento necesitan los diferentes tipos de motores cómo hacerlo y la manera de probar a investigar daños en motores que fallen en este programa iniciaremos nuestro estudio de los motores de acuerdo con su construcción básica y sus características de operación empecemos con el hecho más importante de todos los motores eléctricos cualquier motor es realmente un mecanismo convertidor de energía transforma energía eléctrica en energía mecánica la corriente eléctrica hace girar el eje del motor y el eje impulsa una carga mecánica y realiza el trabajo pero también existen diferencias entre motores una de las más importantes es que los motores vienen a distintos caballos de fuerza a mayor cantidad de caballos especificados en la placa del motor más poderoso sera para entender el significado de potencia nominal de caballaje primero tenemos que comprender otras cosas con acción y trabajo la carga impulsada por un motor puede rotar tal como un aspa de ventilador o un impulsor de bomba al mover aire o fluidos o la carga puede moverse en línea recta como una correa transportadora o como el mecanismo que mueve la cabeza cortante en una
10 por 50 o 500 libras-pie de trabajo si usted espera hasta que la carga se haya movido 20 pies el motor habrá hecho 1000 libras-pie de trabajo tenga cuidado de no confundir torsión y trabajo torsión es una fuerza giratoria que produce una cierta fuerza de empuje o de arrastre a una cierta distancia del centro del eje del motor trabajo es la fuerza por la distancia que una fuerza dada mueve algo ahora cuando usted observa la placa de un motor no verá nada acerca del trabajo que puede realizar o de la torsión que ejerce pero sí verá la potencia nominal de caballaje o hp potencia es el promedio de hacer un trabajo o con rápido se ejecuta cualquier motor no importa cuan pequeño sea realizará una cantidad de trabajo pero mientras más poderoso es más rápido lo hará para producir un caballo de fuerza un motor debe ejecutar 550 libras-pie de trabajo en un segundo o 33. libras-pie de trabajo por minuto potencia está relacionada con ambas la velocidad del eje y la torsión a mayor torsión que realice un motor mayor la carga que moverá mientras más rápido gire el eje más rápido se moverá una carga en particular esta siente formula relación a torsión en libras-pie y la velocidad del motor en revoluciones por minuto con los caballos de fuerza si un motor está girando a 1750 revoluciones por minuto por ejemplo debe realizar tres libras pie de torsión para producir un caballo de fuerza también producirá un caballo de fuerza si ejecuta 5 libras pie de torsión y funciona a 1050 revoluciones por minuto bien ahora vamos a mirar dentro de un motor y ver cómo produce torsión y
caballos de fuerza mecánicamente todos los motores eléctricos tienen solo dos partes principales una de ellas gira incluye un eje y un rotor un cojinete sostiene al eje en cada punta la otra parte de espiga está incluye el estator el armazón y las placas laterales que sostienen los cojinetes ahora bien tanto el rotor como el estator son esencialmente imanes y esa es realmente la clave de cómo trabaja un motor no sabemos exactamente por qué imanes se comportan como tal pero todos tienen un polo norte y un polo sur producidos por una fuerza magnética o campo llamado flujo magnético el flujo magnético pasa a través del imán y lo rodea cuando usted coloca dos imanes de manera que sus polos norte y sus polos sur estén juntos el flujo magnético de los imanes produce una fuerza de repulsión los polos semejantes se repelen pero cuando usted coloca dos por los diferentes uno norte y otro sur juntos ocurre el efecto opuesto los polos contrarios se atraen y son jalados el uno hacia el otro mientras más fuertes sean los imanes más poderosa será esta reclusión y esta atracción hemos fijado en sitio estos imanes con los polos opuestos dirigidos hacia el otro norte y sur para mostrar como un motor ejerce torsión estos serán nuestros imanes estas torres cuando pívot amos un tercer imán un rotor entre ellos las fuerzas de los polos magnéticos harán que gire y a medida que gira el rotor está ejerciendo torsión pero una vez que los polos del rotor se
aplicada a las bobinas del estado haciendo que los polos estator es se inviertan automáticamente estudiaremos los motores hace tanto monofásicos como trifásicos en la lección 3 ahora veamos cómo está hecho un motor y porque la mayoría de motores son pesados pues tienen una gran cantidad de metal pesado por lo general acero y cobre el cobre en la mayoría de motores se halla en forma de bobinas de alambre llamados de bananos conducen la corriente que crea los polos magnéticos en la mayoría de los de vanna 2 la resistencia se mantiene tan baja como sea posible porque la corriente que pasa a través de la resistencia produce calor y como veremos el calor es el principal destructor de los motores puesto que el acero conduce el flujo magnético mucho mejor que el aire y permite establecer fuerzas magnéticas más poderosas usted encontrará gran cantidad de acero en un motor los motores se construyen para que prácticamente todo el flujo sea conducido por acero casi todo el armazón y la carcasa del motor forman parte del campo magnético del esta torre el único sitio donde el flujo debe cruzar por el aire es el espacio entre el rotor y el estator puesto que este espacio es un gran obstáculo se conserva tan estrecho como sea posible otra razón por la que exista tanto acero en un motor es que el espacio de aire entre el estator y el rotor debe ser precisamente mantenido para que el rotor no frote sobre el estator el armazón tiene que ser fuerte porque los llevan a dos dentro de un motor están sujetos a fuerzas elevadas las fuerzas magnéticas en los llevan a dos de ambos el estator y el rotor pueden de hecho forzarlos fuera de posición
por eso los devanado son atados firmemente para prevenir cualquier movimiento que pudiera rozar a través del aislamiento los de bala dos del rotor también están sometidos a fuerzas centrífugas y usualmente son fijados para impedir que salgan volando de sus ranuras bien hemos visto cómo está hecho un motor de modo que la corriente produzca campos magnéticos y como los campos magnéticos producen torsión y caballos de fuerza ahora veamos más de cerca las características generales de operación de motores y cómo se comportan bajo diferentes condiciones de carga y velocidad empezaremos con un motor que funciona sin carga el eje está girando libremente a velocidad plena o máxima por lo general algo más rápido que la velocidad estampada en la placa del motor como pueden ver incluso un motor descargado consume cierta corriente la razón es que el motor debe vencer la fricción de los cojinetes y la resistencia del viento que produce en el rotor y el ventilador ahora la mayoría de motores irán más despacio cuando se les aplica una carga mientras mayor sea la carga menor será la velocidad y mayores serán la corriente y la torsión esta relación básica entre carga velocidad corriente y torsión es importante recordarlo especialmente al investigar averías en motores lo veremos aplicado frecuentemente en próximas lecciones aquí tenemos una gráfica de lo que hemos visto se llama una curva de torsión velocidad note como la torsión de carga es cero a la velocidad máxima o sin carga del
dependen directamente del voltaje aplicado a este y de la corriente que demanda de la línea la mayoría de motores funcionan con una línea de voltaje fija esto quiere decir que los vatios en un motor dependen en gran parte de la corriente que entra al motor por tanto si dibujamos los vatios de energía que consume un motor contra su velocidad la curva se asemeja a la curva de corriente o la curva de torsión para tal caso puesto que la torsión que realiza un motor para mover su carga depende de la corriente podemos ver cómo la eficiencia de un motor varía si dibujamos conjuntamente vatios y caballos de fuerza como ya hemos visto en la parada del motor no produce caballos de fuerza pero la entrada de vatios en él es muy alta porque está demandando una gran cantidad de corriente a velocidad sin carga la entrada de vatios es baja pero los caballos de fuerza son cero nuevamente por tanto la eficiencia es cero a la potencia nominal un motor consume una gran cantidad de vatios pero también produce una gran cantidad de caballos de fuerza la eficiencia es bastante buena ahora qué sucede con los vatios que entran al motor y no son convertidos en caballos de fuerza son convertidos en calor un caballo de fuerza es igual a 746 vatios así un motor perfectamente eficiente producirá un caballo de fuerza por cada 700 46 vatios de energía consumida en la práctica puesto que los motores no son perfectamente eficientes siempre se necesitan más de 746 vatios para producir un caballo de fuerza los vatios extras calientan el motor por supuesto cualquiera que trabaje con
motores sabe que se calientan y se calentará más rápido a velocidad de parada cuando están consumiendo muchos vatios y todos esos vacíos son convertidos en calor operar bajo cargas pesadas a velocidades bajas es casi igual de malo a máxima potencia la eficiencia es alta pero la diferencia entre los vatios consumidos y los caballos producidos es aún grande y un motor se calentará si funciona bajo estas condiciones por largo tiempo a la potencia nominal de caballaje un motor se calentará relativamente poco en efecto esto es lo que significa potencia nominal de caballaje es el máximo de caballos de fuerza que un motor puede producir sin calentarse tanto como para que el aislamiento interno se dañe lo que todo esto significa para la persona responsable del funcionamiento apropiado de motores es que estos no deben sobrecargar sen y esperar a que produzcan más que su potencia nominal de caballaje por demasiado tiempo en la práctica gran parte del mantenimiento de motores significa mantener baja la fricción en ellos y su equipo ha asociado una fricción alta aumenta la carga de un motor y lo hace más propenso a recalentarse y a fundirse el mantenimiento también deberá asegurar que el motor pueda librarse de cualquier calor que produzca instalar y conectar un motor exige una cuidadosa atención a la colocación de los disyuntores de sobrecarga estos monitorean la corriente al motor y se disparan cuando la corriente es mayor a la corriente nominal de carga plena por demasiado tiempo su propósito es evitar que el motor se queme bajo condiciones de sobrecarga investigar fallas en un motor es a menudo detectar cuando un motor está
Introducción a instalaciones eléctricas.
Road to engineering la definición nueva energía eléctrica pues la energía eléctrica es el movimiento de electrones ok definimos energía eléctrica al movimiento pues electrones a través de un conductor no puede ser un conductor o barras no esté en este caso vamos a ver cómo se genera como el proceso no deje de la generación de la energía hasta la distribución a los diferentes consumidores no veremos esos conceptos básicos y voy a presentar el bueno la gran mayoría las fórmulas que vamos a ocupar en todos los ejercicios además de que haremos un ejercicio de modelo examen los que estudies casillo y que siempre entra payne bueno casi siempre entra eso afirmó en la clase entonces hay diferentes formas de generar en energía eléctrica o que pueden ser por diferentes métodos todas las centrales eléctricas no ya sea con fuentes buenos energías convencionales o pueden ser con energías alternativas las energías convencionales la actualidad siempre se ha ocupado son los combustibles fósiles como el petróleo carbón mineral gas natural y también este centrales hidroeléctricas y en las energías alternativas que son las más amigables medio ambiente una por así decirlo tenemos la eólica la fotovoltaica que es como energía pues de la luz solar no también tenemos la geotérmica entre otras en este caso para este esquema vamos a ejemplo una central hidroeléctrica se aprovechan la energía potencial que tiene el agua pues la porque está a una altura elevada tras energía potencial se vuelven energía cinética la baja la velocidad y eso mueve la turbina ok esta turbina hidráulica y esta turbina al mover como está acoplada por el eje al generador el generador que como verán máquinas alterna este generador el que produce la corriente eléctrica no luego viene el proceso de éste proceso de transporte la transmisión la transmisión básicamente se la llama transmisión llevar la energía eléctrica desde la central hasta las diferentes subestaciones y luego se denomina distribución de las subestaciones a los diferentes consumidores ok entonces en
nuestro caso por ejemplo la central de guaracachi la central e y en la que probamos la energía eléctrica y y la transporta o que se la transporta hasta la subestación mientras que una vez las subestaciones la empresa que se encarga de distribuir la energía eléctrica para los diferentes consumidores cree eso en el caso de santa cruz no crece en cara de la distribución aunque no la generación no solamente la distribución y bueno podemos hablar de los diferentes entre esas cosas te cooperativas que se encargan la atribución en casos en de cruz es creer en el caso de cádiz creo que aceptar en potosí es epsa luego en pando en beni oruro todas son gente de oruro en ok y todas esas están reguladas por la ai tn ok a este mx la autoridad de fiscalización electricidad esa autoridad de fiscalización de electricidad para regular los precios de la táctica aguilar pizza [Música] también suministro eléctrico a ver entonces empecemos con las fórmulas no las fórmulas que vamos a ocupar ok perfecto son fórmulas muy muy básicas de física 3 con una modificación ok pero es bueno que la presentemos de una vez [Música] bien acá sería la magnitud a la unidad y por último el símbolo de la unidad ok entonces empecemos con la corriente por ejemplo la intensidad del corriente en la unidad para la intensidad de corriente scott todos vemos que la unidad ocupada es camper también sabemos por qué y la intensidad de corriente se denota con la letra y ok y la unidad de corriente que es el ampera su símbolo es la letra a porque yo tenemos la resistencia la resistencia su simbología de la guerra el símbolo de la magnitud como tal no y luego la unidad sabemos muy bien qué es efe si hablamos de esta letra vez el esquema min me representa a ver cuál es el término correcto para la magnitud representada por esta letra vez si yo diga una frase por ejemplo piense yo será que será que es correcto decir que
