MOTOR ELÉCTRICO 

 

El motor eléctrico es aquel motor que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, por medio de la repulsión que presenta un objeto metálico cargado eléctricamente ante un imán permanente. Son máquinas eléctricas rotatorias.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son muy utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares como ventiladores, teléfonos y bombas, máquinas herramientas, aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas y unidades de disco, los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de la corriente continua (DC), tal como de baterías, automóviles o rectificadores, o por fuentes de la corriente alterna (AC), tal como de la rejilla de poder, inversores o generadores. Los pequeños motores se pueden encontrar en relojes eléctricos. Los motores de uso general con dimensiones muy estandarizadas y características proporcionan el poder mecánico conveniente al uso industrial. Los más grandes de motores eléctricos se usan para propulsión del barco, compresión de la tubería y aplicaciones de almacenaje bombeado con posiciones que alcanzan 100 megavatios. Los motores eléctricos pueden ser clasificados por tipo de la fuente de la energía eléctrica, construcción interna, aplicación, tipo de la salida de movimiento, etcétera. Los dispositivos como solenoides magnéticos y altavoces que convierten la electricidad en el movimiento, pero no generan el poder mecánico utilizable respectivamente se les refiere como accionadores y transductores. Los motores eléctricos son usados para producir la fuerza lineal o la torsión (rotonda).

 

                                      GENERADOR ELÉCTRICO 

 

 

 

 

 

Un generador eléctrico es un aparato capaz de mantener una diferencia de cargas eléctricas entre dos puntos (es decir, voltaje), transformando otras formas de energía en energía mecánica y posteriormente en una corriente alterna de electricidad(aunque esta corriente alterna puede ser convertida a corriente directa con una rectificación).

Para construir un generador eléctrico se utiliza el  principio de “inducción electromagnética” descubierto por Michael Faraday en 1831, y que establece que si un conductor eléctrico es movido a través de un campo magnético, se inducirá una corriente eléctrica que fluirá a través del conductor.

 

 

Debido a que una de los elementos fundamentales de la materia es precisamente la carga electromagnética compuesta de un campo magnético y un campo eléctrico asociado al movimiento de las partículas. Un generador utiliza bosones del campo magnético para energizar cinéticamente electrones y provocar una interacción con otros electrones, que tiene como consecuencia la generación de la corriente eléctrica y un voltaje.

 

Al manipular una fuerza electromagnética se puede inducir el desplazamiento o movimiento de electrones, y como consecuencia se producirá una corriente eléctrica

Desde un punto de vista eléctrico, los componentes de un generador son un campo magnético, y un objeto que rota en las inmediaciones de dicho campo magnético, y que conduce la electricidad “generada” hacia un circuito.

Los componentes de un generador desde el punto de vista mecánico son:

(1)   Estator, que es una armadura metálica en reposo recubierta por alambres de cobre que forman un circuito.

(2)  Rotor, que es un eje que rota  dentro del estator impulsado por una turbina. Este rotor en su parte más externa tiene un electroimán alimentado por una corriente eléctrica pequeña.

Al girar el rotor a grandes velocidades gracias a una energía mecánica externa proveniente de una turbina, se producen corrientes en los hilos de cobre del estator. Las turbinas aprovechan las fuentes de energía externa, transformándolas en energía mecánica, que a su vez es la que se utiliza para transformarla en energía eléctrica.

Un generador que gira a 1000 rotaciones por minuto puede producir una corriente de 1 ampere, el número de electrones moviéndose (1 amp es igual a 6.24 x 10 18electrones moviéndose por un alambre por segundo), con un voltaje de 6 voltios.

Todas las plantas de energía tienen turbinas y generadores. Algunas turbinas son alimentadas por viento, agua, vapor proveniente de la Tierra o de  la combustión de biomasa, energías fósiles y otras formas de energía.

 

 

La electricidad producida por un generador cuando fluye a través de los cables de transmisión que unen las plantas de energía hacia los hogares, industria y escuelas. Para generar esta energía a gran escala, se instalan centrales eléctricas con plantas eléctricas complejas.

 

 

TRANSFORMADOR 

Definición de un transformador de corriente

Transformador de corriente

Un transformador de corriente utiliza el campo magnético de una corriente alterna a través de un circuito para inducir una corriente proporcional en un segundo circuito. Las funciones principales de un transformador de corriente son: medir la corriente, aumentarla o disminuirla (a menudo, esto último) y transmitir corriente a los controladores del sistema protector.

Importancia

Los transformadores de corriente son componentes integrales de la distribución de la red eléctrica, de la protección de sobrecarga y de la medición de uso. Estos transformadores permiten la transmisión a larga distancia de energía eléctrica a costos más reducidos y mayor eficacia. Además, estos aparatos son elementos fundamentales de los interruptores con detección de falla a tierra (disyuntores GFCI - por sus siglas en inglés) y suministros deenergía para los aparatos eléctricos.

Función

Los transformadores de corriente realizan funciones de medición, supervisión y control de circuito al transmitir una corriente reducida a los equipos. Los transformadores que realizan dichas funciones también son conocidos como transformadores de medida. Los transformadores de energía grandes disminuyen la corriente para transmitir energía en líneas de transmisión. Aquellos transformadores que aumentan la corriente para distribuirla son conocidos como transformadores de distribución.

Características

Un transformador de corriente se construye con un núcleo, en general de acero, enrollado por bobinas primarias y secundarias que están aisladas entre sí y del núcleo. La bobina con más vueltas tiene un voltaje mayor y una corriente menor que la que tiene menos vueltas. La que se encuentra en contacto con la fuente de energía se conoce como bobina primaria; la secundaria es aquella con corriente inducida. El transformador conserva la energía; el producto del voltaje y la corriente en la bobina primaria es igual al producto del voltaje y la corriente a través de la bobina secundaria. Por este motivo, el efecto del transformador sobre el voltaje es inverso a su efecto sobre la corriente. Los transformadores de corriente se instalan en series con el circuito. Los transformadores de voltaje se instalan en paralelo.

Efectos

Las bobinas primaria y secundaria de un transformador están eléctricamente aisladas. Elcampo magnético de la primera bobina induce corriente en la segunda bobina. La corriente resultante en la segunda bobina depende de la fuerza del campo magnético y del número de vueltas en la bobina. La corriente a lo largo de la segunda bobina es proporcional de manera predecible a la corriente a lo largo de la bobina primaria, basada en la proporción de vueltas entre la primera y la segunda bobina.

Tamaño

Las corrientes primarias y secundarias se expresan como la proporción de vueltas que varía entre 1:10 y más de 1:1000 en los transformadores comerciales disponibles. Los transformadores pueden variar en tamaño desde algunos que son más pequeños que un mazo de cartas en el suministro de energía de un electrodoméstico, hasta transformadores de aumento masivo tan grandes como una casa en los generadores de energía de red. Los transformadores de energía grandes son aquellos especificados para 500 kilovoltio-amperios (KVA) o más.

Tipos

Los transformadores de corriente pueden ser clasificados en transformadores de aislamiento, de barra o de ventana, dependiendo del método de conexión al conductor de energía. El de aislamiento se usa en disyuntores GFCI mientras que el de ventana se usan a menudo en los cables de la luz.

IMANES NATURALES     

Son aquellos materiales que poseen fuerzas magnéticas al ser extraídas de la tierra, como la magnetita  que es un potente imán natural, y tiene la propiedad de atraer todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural.

PROPIEDADES MAGNÉTICAS

El magnetismo o energía magnética es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

niquel

oxido de hierro

ferrita



cobalto

 

LEYES MAGNÉTICAS

La existencia de dos tipos de fuerzas de interacción magnética ( atractivas y repulsivas) fue demostrada por W. Gilbert, donde observo que existen fuerzas de atracción entre polos de diferentes especie y de repulsión si son de la misma especie.

La atracción y repulsión de los polos magnéticos fue estudiada cuantitativamente por John Michell en el año de 1750: utilizando una balanza de torsión, Michell demostró que la atracción y repulsión de los polos de los imanes son de igual intensidad y varían inversamente al cuadrado de la distancia entre polos.

  Estos resultados fueron confirmados poco después por Coulomb. La de la fuerza existente entre dos polos magnéticos, es semejante a lo que existe entre dos cargas eléctricas, pero existe una diferencia importante: los polos magnéticos siempre se presentan por parejas. De esto Coulomb establece la siguiente ley general para los polos magnéticos.

Primera ecuación de maxwell (ley de gauss para la electricidad): Las cargas eléctricas son fuentes o manantiales cuyas líneas de fuerza tienen comienzo y fin los experimentos que confirman esta ecuación son la repulsión de carga con diferente signo.

Segunda ecuación (ley de gauss para el magnetismo): Esta ecuación que describió el campo magnético dice que el flujo neto del campo magnético atreves de cualquier superficie cerrada es 0 esto es cierto para el espacio dado que no existen polos magnéticos aislados, muestra que las líneas de campo son cerradas sin inicio ni final.

Tercera ecuación (ley Farday) describe el fenómeno que provoca el efecto eléctrico en un campo magnético cambiante que en un campo magnético variable induce el campo eléctrico un imán en una bobina es capaz de crear corriente eléctrica en ella.

Cuarta ecuación: Ley ampere maxwell: Esta ecuación describe el efecto magnético de una corriente o campo magnético cambiante, un campo magnético puede ser producido por una corriente eléctrico o por un campo eléctrico variable el experimento confirma que una corriente es capaz de generar un campo magnético.

 Experimento Hertz: Hertz logro generar y detectar ondas con características que se ajustaban a la teoría electromagnética de maxwell. Las Conclusiones de Hertz son que al hacer oscilar las esferas están aferradas a energía que se propagaba hasta afuera detectada en forma de onda. Estas ondas tienen una frecuencia y longitud de onda tal que su velocidad de propagación es la misma con que se propaga la luz en el vacío. Los resultados coinciden con Maxwell.

Ondas electromagnéticas :son emitidas por cualquier carga eléctrica o magnética que oscila o que son perpendiculares entre si.Velocidad de propagación de una onda electromagnética : se deduce que el valor que adquiere un campo eléctrico en un punto del espacio debe ser directamente proporcional a la intensidad del campo magnético n l con una constante de proporcionalidad correspondiente a la velocidad de propagación de la onda electromagnética que se asemeja o relaciona con la velocidad de la luz.

 

Formula

E= C x b

c= We A  para  (LONG) X F

Introducción electromagnética: Además de producir fuerzas sobre cargas en movimiento o sobre conductores por cual circula corriente eléctrica el campo magnético tienen otros efectos como generar corriente.

Oersted dice que las corrientes eléctricas eran capaz de crear campos eléctricos sin embargo para completarla compresión que existía entre la electricidad el magnetismo hizo experimentos. Faraday comprobó que un flujo magnético variable en el tiempo era capaz de viajar.

 

 LEYES DE FARADAY Y LENZ

En 1831 Faraday descubrió la inducción electromagnética, y el mismo año demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra. Durante este mismo periodo investigó los fenómenos de la electrólisis y descubrió dos leyes fundamentales.

Que la masa de una sustancia depositada por una corriente eléctrica en una electrolisis es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el electrólito. Que las cantidades de sustancias electrolíticas depositadas por la acción de una misma cantidad de electricidad son proporcionales a las masas equivalentes de las sustancias.

También demostró que un recinto metálico (caja o jaula de Faraday) forma una pantalla eléctrica. Sus experimentos en magnetismo le llevaron a dos descubrimientos de gran importancia. Uno fue la existencia del diamagnetismo y el otro fue comprobar que un campo magnético tiene fuerza para girar el plano de luz polarizada que pasa a través de ciertos tipos de cristal.

LEY DE LENZ.

Cuando una corriente empieza a circular por un conductor, se genera un campo magnético que parte del conductor. Este campo atraviesa el propio conductor e induce en él una corriente en sentido opuesto a la corriente que lo causó. En un cable recto este efecto es muy pequeño, pero si el cable se arrolla para formar una bobina, el efecto se amplía ya que los campos generados por cada espira de la bobina cortan las espiras vecinas e inducen también una corriente en ellas.

5 LEYES DEL MAGNETISMO

LEY DE LORENTZ:

 Vamos a estudiar la acción de un campo magnético sobre una carga móvil. Imaginemos una región espacial donde existe un campo magnético. Si se abandona una carga en reposo, no se observa interacción alguna debido al campo. Si la partícula incide con el campo a una cierta velocidad, aparece una fuerza. Experimentalmente se llegó a las siguientes conclusiones:

* La fuerza es proporcional a la carga y a la velocidad con la que la partícula entra en el campo magnético.

 * Si la carga incide en la dirección del campo, no actúa ninguna fuerza sobre ella.

 *Si la carga incide en la dirección al campo, la fuerza adquiere su máximo valor y es a la velocidad y al campo.

 * Si la carga incide en dirección oblicua al campo, aparece una fuerza a este y a la velocidad cuyo valor es proporcional al seno del ángulo de incidencia.

 * Cargas de distinto signo experimentan fuerzas de sentidos opuestos.

 

LEY DE LOS POLOS DE UN IMÁN

 Una de las primeras cosas que se advierten al examinar barra común de un imán es que tiene dos polos, o "centros" de fuerza, es donde se concentra en mayor cantidad la propiedad magnética del imán, cada uno cerca de un extremo más que distinguirse como positivo y negativo, estos polos se llaman norte (N) y sur(S).

 

 

ELECTROIMÁN

Un electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se produce mediante el flujo de una corriente eléctrica, desapareciendo en cuanto cesa dicha corriente.

En 1819, el físico danés Hans Christian Ørsted descubrió que una corriente eléctrica que circula por un conductor produce un efecto magnético que puede ser detectado con la ayuda de una brújula. Basado en sus observaciones, el físico estadounidense Joseph Henry inventó el electroimán en 1825. El primer electroimán era un trozo de hierro con forma de herradura envuelto por una bobina enrollada sobre él. Henry envolvió los cables por los que hizo circular la corriente de una batería. Henry podía regular su electroimán, lo que supuso el principio del uso de la energía eléctrica en máquinas útiles y controlables, estableciendo los cimientos para las comunicaciones electrónicas a gran escala.

El tipo más simple de electroimán es un trozo de alambre enrollado. Una bobina con forma de tubo recto (parecido a un tornillo) se llama solenoide, y cuando además se curva de forma que los extremos coincidan se denomina toroide. Pueden producirse campos magnéticos mucho más fuertes si se sitúa un «núcleo» de material paramagnético o ferromagnético (normalmente hierro dulce o ferrita, aunque también se utiliza el llamado acero eléctrico) dentro de la bobina. El núcleo concentra el campo magnético, que puede entonces ser mucho más fuerte que el de la propia bobina.

Los campos magnéticos generados por bobinas se orientan según la regla de la mano derecha. Si los dedos de la mano derecha se cierran en torno a la dirección del campo magnético B, el pulgar indica la dirección de la corriente I. El lado del electro imán del que salen las líneas de campo se define como «polo norte».

Además, dentro de la bobina se crean corrientes inducidas cuando ésta está sometida a un flujo variable. Estas corrientes son llamadas corrientes de Foucault y en general son indeseables, puesto que calientan el núcleo y provocan una pérdida de potencia de sí mismo.

 

 

 

IMANES ARTIFICIALES

Un imán es un cuerpo o dispositivo con un magnetismo significativo, de forma que tiende a juntarse con otros imanes o metales ferromagnéticos (por ejemplo, hierro, cobalto, níquel y aleaciones). Puede ser natural o artificial. Los imanes mantienen su campo magnético para siempre, a menos que sufran un golpe de gran magnitud o se les aplique cargas magnéticas opuestas.

IMANES ARTIFICIALES: esta denominación recae sobre aquellos cuerpos magnéticos que, tras friccionarlos con magnetita se transforman de manera artificial en imanes.

 

LEYES ELÉCTRICAS

LA LEY DE OHM

La Ley de Ohm establece que la intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensión (E).

La ecuación matemática que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

LA LEY DE COULOMB

La ley de Coulomb dice que la intensidad de la fuerza electroestática entre dos cargas eléctricas es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que a ellas las separa.

Charles Austin Coulomb en 1785 desarrollo un aparato que el llamo la barra de torsión , construidas con fibras que permitian un facil desplazamiento, en esta colocó esferas con diferentes cargas electricas.

                   

Dichas mediciones permitieron determinar la ecuación de la ley de Coulomb:

F = es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (función de que las cargas sean positivas o negativas).

q = son las cargas sometidas al experimento.

Epsilon = permitividad.

ud = vector director que une las cargas q1 y q2.

d = distancia entre las cargas.

LEYES DE KIRCHHOFF

a) Ley de nodos o ley corrientes

En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes. Ficho de otra forma la suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo.

Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes

I1 = I2 + I3

Un enunciado alternativo es, en todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0.

LEY DE MALLAS O LEY DE VOLTAJES

En toda malla la suma de todas las caídas de tensión es igual a la suma de todas las subidas de tensión. Ficho de otra forma el voltaje aplicado a un circuito cerrado es igual a la suma de las caídas de voltaje en ese circuito.

Voltaje aplicado = Suma de caídas de voltaje

V = V1 + V2 + V3

Un enunciado alternativo es, en toda malla la suma algebraica de las diferencias de potencial eléctrico debe ser 0.

LEY DE WATT

La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de la alimentación (V) del circuito y a la intensidad de corriente (I) que circule por él.

P  V * I

Donde:

P= Potencia en watt (W)

V= Tensión en volt (V)

I= Intensidad de corriente en ampere (A)

Watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades, su símbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s).

Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el Watt es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).

La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en Watt, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW).

LEY DE JOULE

Cuando la corriente eléctrica circula por un conductor, encuentra una dificultad que depende de cada material y que es lo que llamamos resistencia eléctrica, esto produce unas pérdidas de tensión y potencia, que a su vez den lugar a un calentamiento del conductor, a este fenómeno se lo conoce como efecto Joule. En definitiva, el efecto Joule provoca una pérdida de energía eléctrica, la cual se transforma en calor, estas pérdidas se valoran mediante la siguiente expresión:

P_p = R* I²

Donde:

Pp = Potencia perdida en W

R= Resistencia del conductor en Ω

I= Intensidad de corriente en A

CIRCUITO ELÉCTRICO

Se denomina circuito eléctrico al conjunto de elementos eléctricos conectados entre sí que permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o  energía mecánica (motor).  Los elementos utilizados para conseguirlo son los siguientes:

·         Generador: Parte del circuito donde se produce la electricidad, manteniendo una diferencia de tensión entre sus extremos.

·         Conductor: Hilo por donde circulan los electrones impulsados por el generador.

·         Resistencias: Elementos del circuito que se oponen al paso de la corriente eléctrica .

·         Interruptor: Elemento que permite abrir o cerrar el paso de la corriente eléctrica. Si el interruptor está abierto no circulan los electrones, y si está cerrado permite su paso.

Resistencias de los conductores eléctricos

La resistencia es la oposición que encuentra la corriente eléctrica para pasar por los materiales y esta depende de tres factores:

·         El tipo de material: Cada material presenta una resistencia diferente y unas características propias, habiendo materiales más conductores que otros. A esta resistencia se le llamaresistividad [ρ] y tiene un valor constante. Se mide [Ω·m].

·         La longitud: Cuanto mayor es la longitud del conductor, más resistencia ofrece. Se mide en metros [m].

·         La sección: Cuanto más grande es la sección, menos resistencia ofrece el conductor. Por lo tanto, presenta más resistencia un hilo conductor delgado que uno de grueso. Se mide en [m²].

·         La resistencia de un conductor se cuantifica en ohmios (Ω), y se puede calcular mediante fórmula:

 R = ρ • l / s