1. Unidad 1 Circuitos y Maquinas Electricas

CIRCUITOS Y MÁQUINAS ELÉCTRICAS Carrera : Ingeniería Mecánica Clave de la asignatura : MED-1004 SATCA -!-" 1

CIRCUITOS Y MÁQUINAS ELÉCTRICAS Carrera : Ingeniería Mecánica Clave de la asignatura : MED-1004 SATCA -!-" 1

1. SIMBOLOGÍA SIMBOLOGÍA Y NORMA NORMATIVIDAD 1.1. Construcción e interpretación de diagraas 1.!. Trans"oradores rans"oradores 1.#. Líneas de tans!"s"#n.

$. REDES SERIE% PARALELO Y SERIE & PARALELO !.1. Teorea de superposición !.!. Teorea de T$e%enin !.#. Redes de distri&ución 'ediana ( &a)a tensión* !.+. S'(esta)"*nes.

+ AN,LISIS DE CIRC-ITOS DE CORRIENTE ALTERNA #.1. Ondas #.!. ,asores #.#. Circuitos serie- paraeo- serie / paraeo #.+. ,actor de potencia.

. SISTEMAS TRIF,SICOS +.1. Secuencia de "ase A0C +.!. Coneión deta ( estrea +.#. Corriente de "ase ( corriente de 2nea +.+. Sisteas tri"3sicos &aanceados ( no &aanceados

/. MOTORES EL0CTRICOS 4.1. Tipos de otores 4.!. Motores tri"3sicos 4.#. Motores de CC 4.+. Sisteas de contro.

OBETIVO GENERAL DEL C-RSO •

Reai5ar instaaciones e6ctricas industriaes e instaar 37uinas ( dispositi%os e6ctricos para operar sisteas ec3nicos considerando a norati%idad %igente.

-n"dad 12 S"!(*3*4ía 5 N*!at"6"dad Competencia específca a desarrollar 

Reai5ar panos de instaaciones e6ctricas utii5ando a si&oog2a ( norati%idad apicada. Apicar a norati%idad %igente para instaaciones e6ctricas. Identi8car os di%ersos tipos de trans"oradores ( de generación de energ2a  Actividades de Aprendizaje

9 In%estigar a si&oog2a epeada seg:n a nora %igente para instaaciones e6ctricas- as2 coo os di"erentes diagraas 9 Reai5ar instaaciones e6ctricas en e a&oratorio seg:n norati%idad 9 Interpretar diagraas e6ctricos 9 In%estigar os di"erentes tipos ( caracter2sticas de os trans"oradores e6ctricos 9 Reai5ar un prototipo 7ue est6 en"ocado a a generación de energ2a

Unidad I<= S"!(*3*4ía 5 N*!at"6"dad

Ene4ía e37)t")a Se denoina energ2a e6ctrica a a "ora de energ2a 7ue resuta de a eistencia de una d"8een)"a de 9*ten)"a3 ente d*s 9'nt*s% 3* :'e 9e!"te esta(3e)e 'na )*"ente e37)t")a ente a!(*s ; )'and* se 3es cooca en contacto por edio de un conductor e6ctrico;para o&tener ta(a<*. La ene4ía e37)t")a 9'ede trans"orarse en uc$as otras "oras de energ2a- taes coo a energ2a 3'!"n*sa * 3'=% 3a ene4ía !e)>n")a ( a ene4ía t7!")a.

Un )")'"t*  es una red e6ctrica 'interconeión de dos o 3s coponentes- taes coo resistenciasinductores- condensadores- "uentes- interruptores ( seiconductores* 7ue contiene a enos una tra(ectoria cerrada. Los circuitos 7ue contienen soo "uentes- coponentes ineaes 'resistorescondensadores- inductores*- ( eeentos de distri&ución ineaes '2neas de transisión o ca&es* pueden anai5arse por 6todos age&raicos para deterinar su coportaiento en corriente directa o en corriente aterna. Un circuito 7ue tiene coponentes eectrónicos es denoinado un circuito eectrónico. Estas redes son generaente no ineaes ( re7uieren dise>os

#$%&a'e El voltaje es la diferencia que hay entre dos puntos en el potencial eléctrico, refiriéndonos a potencial eléctrico coo el tra!ajo que se reali"a para trasladar una carga positiva de un punto a otro# El voltaje es la fuer"a propulsora y es lo que esta!lece la corriente# Su unidad es el $olt %$&#

C$rrien&e El voltaje proporciona energ'a a los electrones, lo que les perite overse por un circuito# Este ($)i(ien&$ de e%ec&r$ne* e* %a c$rrien&e+ %a c,a% r$.,ce &ra/a'$ en ,n

circ,i&$ e%c&ric$ La c$rrien&e e%c&rica e* %a )e%$ci.a. 2,e %%e)a e% 3%,'$ .e carga S, ,ni.a. e* e% A(ere A5

Carga Es un eleento conectado a través de las terinales de salida de un circuito que a!sor!e corriente de la fuente y so!re el cual se reali"a tra!ajo# Ta!ién se conoce con el no!re de carga a la propiedad eléctrica de la ateria que e(iste a causa de e(ceso o deficiencia de electrones#

Re*i*&encia )ropiedad de un aterial de re*&ringir , $$ner*e a% 3%,'$ .e

e%ec&r$ne*+ e* .ecir+ a %a c$rrien&e S, ,ni.a. e* el oh %*&

El uso de la energ'a eléctrica se ha generali"ado al +(io en la aplicacin de la iluinacin y de innuera!les eleentos de uso doéstico en la vivienda# El di!ujo eléctrico, coo tal, es f+cil y consiste en l'neas sencillas y en el epleo de s'!olos convencionales# Es suficiente cuidar la unidad y equili!rio de la coposicin# -o hace falta reali"ar los di!ujos a escala# .o que s' encierra cierta dificultad es el conociiento de los s'!olos#

E%e(en&$* 6rincia%e* C$nce&$*  Acoetida: .a acoetida de una instalacin eléctrica est+ forada por una l'nea que une la red general de electrificacin con la instalacin propia de la vivienda# Clases:  Acoetida Aérea: Es la que va desde el poste hasta la vivienda, en recorrido visto, a una altura 'nia de /  para el cruce de la calle#  Acoetida Su!terr+nea: As' se llaa a la parte de la instalacin que va !ajo tierra desde la red de distri!ucin p0!lica hasta la unidad funcional de proteccin o caja, instalada en la vivienda# .a acoetida noral de una vivienda es onof+sica, de dos hilos, uno activo %positivo& y el otro neutro, en 12 voltios# •

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3edidor: Es el aparato destinado a registrar la energ'a eléctrica consuida por el usuario# Conductores: .os conductores son los eleentos que transiten o llevan el fluido eléctrico# Se eplea en las instalaciones o circuitos eléctricos para unir el generador con el receptor  Clasificacin de conductores: 4ilo o ala!re: Es un conductor constituido por un 0nico ala!re aci"o# Ca!le: Es un conductor forado por uno o varios hilos o cordones aislado eléctricaente entre s'# Seg0n el n0ero de conductores aislados que lleva un ca!le se denoina unipolar, si lleva uno solo5 !ipolar, si lleva dos hilos5 •

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.os ca!les son canali"ados en las instalaciones ediante tu!os para protegerlos de agentes e(ternos coo los golpes, la huedad, la corrosin, etc# -oralente en las viviendas se usan ca!les de 6, 12, 1 y 17  de di+etro# 8nterruptores, apagadores o s9itches .os interruptores son aparatos diseados para poder conectar o interrupir una corriente que circula por un circuito# Se accionan anualente# Conutadores: .os conutadores son aparatos que interrupen un circuito para esta!lecer contactos con otra parte de éste a través de un ecaniso interior que dispone de dos posiciones: cone(in y descone(in# •

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a as e epa es ( er %ac n< Las ca)as de epae 'ca)etines* se utii5an para ao)ar as di"erentes coneiones entre os conductores de a instaación. Son ca)as de "ora rectanguar o redondadotadas de gu2as ateraes para uniras entre s2. •

?LANEACI@N E LAS INSTALACIONES ELBCTRICAS EN 0AA TENSI@N ?ara e eectricista eperientado- e e%ar a ca&o una instaación e6ctrica puede ser ago $asta cierto punto rutinario- en cuanto a as $erraientas a utii5ar ( e tiepo 7ue e e%ar3 copetaraD no o&stante- para 7uienes se inician en esta acti%idad es de gran iportancia considerar una óptia paneación antes de reai5ar una instaación e6ctrica. ?ara coen5ar- es recoenda&e reai5ar un pano sencio 7ue indi7ue as caracter2sticas principaes de instaación ( sus especi8caciones. ?osteriorente ser3 necesario considerar eeentos adicionaes de acuerdo a caso espec28co- coo por e)epo< cae"acción- aire acondicionado- aparatos e6ctricos- au&rado ( sisteas de aara (o de counicación- etc. urante a paneación es u( iportante considerar os siguientes "actores &3sicos< Paa 3a a)*!et"da% 'sa e3 9*3"d')t* !>s adecuado

urante a coocación de tu&o- considerar e a(or cuidado de ateria.  Tratar de acortar as distancias para e a$orro de ateria. 'esto es e)or utii5ando un poiducto Hei&e*. urante e ca&eado se recoienda ca&ecear as puntas con cinta de aisar para "aciitar e corrido de as isas. ?or :tio- e cierre de coneiones ( a coocación de accesorios. Una instaación e6ctrica de&e cupir con os re7ueriientos panteados durante e pro(ecto de a isa- para proporcionar e ser%icio e8ciente 7ue satis"aga a deanda de os aparatos 7ue de&er3n ser aientados con energ2a e6ctrica. Una instaación $ec$a correctaente de&e reunir estas caracter2sticas< 9 Seguridad contra accidentes e incendios 9 E8ciencia ( econo2a

,inaente- de&e recordarse 7ue para a a(or2a de os ser%icios de casas $a&itación a aientación es ono"3sica a 1! %ots- de "ase a neutro. En caso de 7ue a carga sea a(or- consute e siguiente cuadro<

4FFF J 1!K

Mono"3sica

1 "ase (

1 neutro

Trans"oradores A principios de sigo I- en os inicios de uso de a eectricidad- a energ2a e6ctrica era generada ( distri&uida con corriente directa- de&ido a a ca2da de %ota)e a o argo de as 2neas de transisión- os circuitos e6ctricos de este tipo de&2an ser reati%aente cortos a 8n de apro%ec$ar a 3io a energ2a. Esto re7uer2a tener pantas generadoras cercanas a os centros de consuo- o 7ue resutar2a poco practico ( u( costoso. espu6s de descu&riiento de ,arada( so&re e principio de trans"orador - se inicia una nue%a era en e desarroo de a industria e6ctrica. Un trans"orador se de8ne coo un dispositi%o 7ue reci&e energ2a e6ctrica de una "uente a deterinado %ota)e (

Una de as caracter2sticas de a corriente aterna es 7ue puede ser trans"orada "3ciente a di"erentes %aores seg:n se re7uiera. Cuando se genera a corriente aternase trans"ora a %ota)es u( atos ( corrientes pe7ue>as con e 8n de transitira a tra%6s de grandes distancias- ( una %e5 en e ugar 7ue se necesite- e %ota)e se reduce a %aores adecuados para su distri&ución ( su apicación. Es por eso 7ue e tea de ostrans"oradores ad7uiere especia ree%ancia en e conociiento de a corriente aterna.   E trans"orador se in%entó $ace 3s de un sigo ( $a peritido 7ue a energ2a e6ctrica se distri&u(a a todos.os ugares donde se necesite. Si no "uera por e trans"orador- tendr2a 7ue acortarse a distancia 7ue separa a os generadores de eectricidad de os consuidores.

esto se consigue acopando una &o&ina conectada a una "uente de corriente aterna 'de%anado priario* a otra 'de%anado secundario* 7ue se %e a"ectada por e capo agn6tico %aria&e de a priera- resutando una di"erencia de potencia en sus etreos. Usuaente- estos de%anados se enroan en un n:ceo cerrado de $ierro- (a 7ue si e n:ceo "uera de aire e acopaiento agn6tico ser2a po&re. ?or otra parte- coo e capo agn6tico %ar2a respecto a tiepo- en e $ierro se crean tensiones 7ue dan origen a corrientes par3sitasta&i6n aadas de ,oucaut- 7ue generan atas teperaturas. Estas corrientes- asociadas con a resistencia ó$ica de $ierro- ocasionan p6rdidas 7ue pueden reducirse epeando c$apas especiaente 8nasde unos F.#  de espesor- aisadas entre s2 por &arni5pape o seda- ( su)etadas por tornios 7ue de&er3n ir

La representación es7ue3tica de trans"orador es a siguiente<

La &o&ina primaria recibe un voltaje aterno 7ue $ar3 circuar- por ea- una corriente aterna- esta corriente

A $a&er un Hu)o agn6tico 7ue atra%iesa as espiras de secundario, se generará en 6 un %ota)e de ta "ora 7ue si $u&iera una carga conectada- circuar2a un Hu)o de corriente. La ra5ón de a trans"oración de %ota)e entre e &o&inado  primario y el secundario depende de n:ero de %uetas 7ue tenga cada uno. Si e n:ero de %uetas de secundario es tres %eces 3s 7ue e de priario- en e secundario $a&r3 e tripe de %ota)e. Una de as principaesra5ones por as 7ue se epea a corriente aterna ( no a continua en a produccióntransporte- distri&ución ( consuo de a eectricidad- es a "aciidad con a 7ue se puede ee%ar ( reducir a tensión de a corriente aterna ediante e uso de trans"oradores. Eisten di%ersos tipos de trans"oradores adecuados

E e"ecto 7ue perite a trans"orador "uncionar coo ta- se conoce coo inducción eectroagn6tica. Este e"ecto soo se presenta en circuitos de corriente aterna. ?ara epicar este e"ecto considere un trans"orador eeenta coo e de a 8gura

Trans"orador eeenta La parte e6ctrica esta "orada por ! de%anados- una reci&e a energ2a ( se denoina ?RIMARIO- otra entrega

La parte agn6tica esta "orada por un n:ceo de acero 7ue ena5a a os dos de%anados. A apicar un %ota)e aterno a de%anado priario- circua por este una corriente 7ue engendra un Hu)o agn6tico aterno. Este Hu)o %ia)ando a tra%6s de n:ceo- ena5a a de%anado secundario induciendo en este un %ota)e- 7ue puede ser apro%ec$ado conectando una carga 7ue deandara una corriente.

E %ota)e inducido guardara una reación directa con e nuero de %uetas de de%anado- esto es- si en e de%anado secundario teneos 3s %uetas 7ue en e priario- estareos ee%ando e %ota)e ( si por e contrario teneos enos %uetas en e secundario 7ue en e priario- estareos reduciendo e %ota)e. A esto se e aa reación de trans"oración. ?ara 8nes de epicación de "uncionaiento de trans"orador- $eos considerado os de%anados priario ( secundario coocados separadaente- uno a cada etreo de n:ceo. Sin e&argo- en un trans"orador rea- os de%anados priario ( secundario os de%anados son construidos o ensa&ados uno dentro de otro para apro%ec$ar a 3io e Hu)o agn6tico.

a* &* c* d* e* "* g* $* i* )* *

COMPONENTES DEL TRANSFORMADOR. e%anados N:ceo Aisaientos Aisaientos enores Aisaientos a(ores Medio re"rigerante Tan7ue Accesorios 0o7uias Ca&iador de deri%aciones Radiador

CLASIFICACION< a*Operación  Trans"orador de distri&ución  Trans"orador de potencia &* Utii5ación  Trans"orador para generador  Trans"orador de su&estación  Trans"orador de distri&ución  Trans"oradores especiaes c* Nuero de "ases Mono"3sico  Tri"3sico

d* Construcción  Tipo counas  Tipo acora5ado e* En"riaiento OA OA,A

agunos tipos de trans"oradores son < TIPO POSTE Se utii5an a a inteperie o en interiores para distri&ución de energ2a e6ctrica en edia tensión. Se epean en 5onas ur&anas- industriasiner2a- epotaciones petroerasgrandes centros coerciaes ( toda acti%idad 7ue re7uiera a utii5ación intensi%a de energ2a e6ctrica. Se Características Generales: "a&rican en potencias norai5adas desde !4 $asta 1FFF KA ( tensiones priarias de 1#.!- 14- !4- ## ( #4 K. Se pueden construir en otras tensiones priarias seg:n especi8caciones

TRANSFORMADORES SECOS ENCAPS-LADOS EN RESINA EPOX De s c r i p c i ó n : Se utii5an en interior para distri&ución de energ2a e6ctrica en edia tensión- en ugares donde os espacios reducidos ( os re7ueriientos de seguridad en caso de incendio iposi&iitan a utii5ación de trans"oradores re"rigerados en aceite. Son adecuados para grandes edi8cios- $ospitaesindustrias- iner2a- grandes centros coerciaes ( toda acti%idad 7ue re7uiera a utii5ación intensi%a de energ2a e6ctrica. Características Generales: Su principal caracter2stica es 7ue son re"rigerados en aire con aisaiento case ,se utii5a resina epoi coo edio de protección de os arroaientos- por o cua no re7uieren

TRANSFORMADORES HERM0TICOS DE LLENADO INTEGRAL Descripción: Se epean a a inteperie o en interiores para distri&ución de energ2a e6ctrica en edia tensiónsiendo u( :ties en ugares donde os espacios son reducidos. Son instaados en 5onas ur&anas- industrias- iner2aepotaciones petroeras- grandes centros coerciaes ( toda acti%idad 7ue re7uiera a utii5ación intensi%a de energ2a e6ctrica. Características Generales: Su principal caracter2stica es 7ue a no e%ar tan7ue de epansión de aceite no necesita anteniiento- siendo esta construcción 3s copacta 7ue a tradiciona. Se "a&rican en potencias norai5adas desde 1FF $asta 1FFF KA- tensiones priarias de 1#.!- 14- !4- ## ( #4 K ( "recuencias de 4F

TRANSFORMADORES R-RALES Est3n dise>ados para Descripción: instaación onoposte en redes de eectri8cación su&ur&anas ono8ares&i8ares ( tri8ares- de .- 1#.! ( 14 K. En redes tri8ares se pueden utii5ar trans"oradores tri"3sicos o &ien- ser sustituidos por tres ono"3sicos. TRANSFORMADORES S-BTERR,NEOS Aplicaciones Trans"orador de c o n s t r u cción a d e c u a d a para instaarse en c3arasen cua7uier ni%e- para ser utii5ado donde $a(a

TRANSFORMADORES A-TO PROTEGIDOS Aplicaciones E trans"orador incorpora coponentes para protección de sistea de distri&ución contra so&recargas- cortocircuitos en a red secundaria ( "aas internas en e trans"orador- para esto posee "usi&es de ata tensión ( dis(untor de &a)a tensión- ontados internaente en e tan7ue. ?ara protección contra so&re tensiones e trans"orador est3 pro%isto de dispositi%o para 8)ación de pararra(os eternos en e tan7ue. Características ?otencia< +4 a 14FKA Ata Tensión< 14 o !+-!K 0a)a Tensión< #F!!F o !!F1!K