¿Qué son los armónicos? Las cargas no lineales tales como: rectifi rectificadores, inversores, variadores de velocidad, hornos, etc; absorben de la red corrientes corr ientes periódicas no senoidales. Estas corrientes están formadas por un componente fundamental de frecuencia 50 ó 60 Hz, más una serie de corrientes corr ientes superpuestas de frecuencias, múltiplos de la fundamental, que denominamos ARMÓNICOS ELÉCTRICOS, que generan costes técnicos y económicos importantes. El resultado es una deformación de la corriente, y como consecuencia de la tensión, conlleva una serie de efectos secundarios asociados .
Efectos de los armónicos Los principales efectos de los armónicos de tensión y c orriente en un sistema de potencia se pueden citar:
La posibilidad de amplificación de algunos armónicos como consecuencia de resonancia serie y paralelo
La reducción en el rendimiento de los sistemas de generación, generac ión, transporte y utilización de la energía
El envejecimiento del aislamiento de los componentes de la red y, como consecuencia, la reducción de la energía
Podemos aproximar el concepto de distorsión armónica a una “malformación” de la corriente eléctrica eléctrica que llega a nuestros hogares y empresas. Esta “malformación” está originada orig inada por los equipos electrónicos electrónicos que consumen energía eléctrica de una forma “no lineal”, es decir, de una forma no continua en el tiempo. Esta forma de consumir electr icidad, provoca que la forma de onda senoidal de la corriente eléctrica se distorsione. Esta distorsión se puede descomponer en diferentes componentes, conocidas como armónicos. La mayor o menor presencia de armónicos se mide con una magnitud conocida como Tasa de Distorsión Armónica (THD).
La presencia de armónicos en una instalación, o red de distribución eléctrica puede acarr ear innumerables problemas, tales como:
✎ Sobrecalentamientos
en los conductores especialmente en el neutro de las instalaciones, debido al
efecto pelicular. ✎ Disparos
intempestivos de Interruptores Automáticos y Diferenciales.
✎ Disminución
del factor de potencia de una instalación y envejec imiento e incluso destrucción de las
baterías de condensadores utilizadas para su corrección debido a fenómenos de resonancia y amplificación. ✎ Vibraciones ✎ Deterioro
en cuadros eléctricos y acoplamientos en redes de telefonía y de datos.
de la forma de onda de la tensión, y consiguiente malfuncionamiento de los aparatos
eléctricos. ✎ Calentamientos,
degradaciones en los aislamientos, embalamientos y frenados en motores
asíncronos. ✎ Degradaciones
del aislamiento de los transformadores, pérdida de capacidad de suministro de
potencia en los mismos.
Todos estos efectos acarrean pérdidas económicas importantes debido a: ✎ Necesidad
de sobredimensionamiento de los conductores y de las potencias contratadas e n una
instalación. ✎ Necesidad
de sustitución con mayor frecuencia de los aparatos y máquinas dañados por los
armónicos. ✎ Paradas
de producción debidas a los disparos intempestivos de los elementos de protección y
mando. Ahora bien, ¿cómo podemos detectar la presencia de armónicos en nuestra instalación? Además de la propia observación de los efectos causados y la exper iencia de los técnicos de mantenimiento, podemos recurrir a instrumentos tales como osciloscopios, multímetros y pinzas de verdadero valor eficaz (TMRS), multímetros medidores de armónicos y analizadores de redes e léctricas, además de la existencia de especialistas y profesionales que nos pueden hacer un diagnóstico de los problemas de armónicos de nuestra instalación.
Conocidos lo que son, los efectos que producen y cómo se pueden detectar, veamos ahora algunas de las múltiples soluciones que existen:
✎ Sobredimensionamiento ✎ Utilización
de conductores y pletinas. Utilización de un neutro para cada fase.
de transformadores de aislamiento de estrella-triángulo, con sec undario en zig-zag o con
doble secundario. ✎
Filtros pasivos como las impedancias antiarmónicas o los llamados “shunt resonantes”, formados por
elementos pasivos como inductancias y condensadores. Filtros activos y convertidores “limpios”. ✎
Utilización de diferenciales “superinmunizados” calibrados para soportar altas tasas de THD.
✎
Separación de los elementos no lineales de las “cargas limpias” en una instalación eléctrica.
✎ Impedancias
de alisado, conectadas a las cargas no lineales. Filtros e n cargadores y alimentadores.
¿QUE SON LAS CORRIENTES PARASITAS?
Las corrientes parasitas se producen cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares crean ele ctroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado. Cuanto más fuerte sea el campo magnético aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las cor rientes parasitas y los campos opositores generados. En los núcleos de bobinas y transformadores se generan te nsiones inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos núcleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el núcleo (llamadas corrientes de Foucault), que no son óptimas para la buena eficiencia eléctrica de éste. Las corrientes parasitas crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. Más concretamente, dichas corrientes transforman formas útiles de energía, c omo la cinética, en calor no deseado, por lo que generalmente es un efecto inútil, cuando no perjudicial. A su vez disminuyen la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos magnéticos variables, como los transformadores de núcleo de hierro y los motores eléctricos. Estas pérdidas son minimizadas utilizando núcleos con materiales magnéticos que tengan baja conductividad eléctrica (como por ejemplo ferrita) o utilizando delgadas hojas de material magnético, conocidas como laminados. Los electrones no pueden atravesar la capa aisladora entre los laminados y, por lo tanto, no pueden circular en arcos abiertos. Se acumulan cargas en los extremos del laminado, en
un proceso análogo al efecto Hall, produciendo campos eléctricos que se oponen a una mayor acumulación de cargas y a su vez eliminando las corrientes parasitas. Mientras más corta sea la distancia entre laminados adyacentes (por ejemplo, mientras mayor sea el número de laminados por unidad de área, perpendicular al campo aplicado), mayor será la eliminación de las corrientes de Foucault y, por lo tanto, menor el c alentamiento del núcleo.
Corriente de Foucault. Son las co rrientes inducidas en el cuerpo conductor por la variación en e l flujo magnético. El resultado es la aparición de una f.e.m. que hace circular una corriente en el m aterial conductor.
En los núcleos de transformadores y bobinas se generan estas tensiones que son inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos núcleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el núcleo (llamadas corrientes de Foucault), que no so n óptimas para la buena eficiencia eléctrica de estos dispositivos.
Contenido [ocultar] 1 Historia 2 Ley de las corrientes de Foucault 3 Tipos de aplicaciones con corriente de Foucault 4 Disminución de Foucault 5 Ventajas y Limitaciones 5.1 Ventajas 5.2 Limitaciones 6 Fuentes Historia
Léon Foucault
El fenómeno de las corrientes de Foucault fue descubierto por el físico francés Léon Foucault en 1851, y por esta razón las corrientes de Foucault a veces se llaman corrientes de Foucault. Foucault construyó un dispositivo que utiliza un disco de cobre se mueven en un campo magnético fuerte para demostrar que las corrientes de Foucault (c ampos magnéticos) se generan cuando un material se mueve dentro de un campo magnético aplicado.
Prueba de corriente de Foucault empezó en gran parte como resultado del descubrimiento del Inglés científico Michael Faraday de la inducción electromagnética e n 1831. Faraday descubrió que cuando un campo magnético pasa a través de un conductor (un material en el que los ele ctrones se mueven con facilidad), o cuando un conductor pasa a través de un campo magnético, una corriente eléctrica fluye a través del conductor si existe un camino cerrado a través del cual la corriente puede circular. En 1879, otro gran avance se produjo cuando otro científico Inglés, David Hughes, demostró cómo las propiedades de un cambio de la bobina cuando se pone en contacto con los metales de diferente conductividad y permeabilidad. Sin embargo, no fue sino hasta la Segunda Guerra Mundial que estos avances en la transmisión y recepción de o ndas electromagnéticas, fueron puestos en práctica para probar los materiales.
A partir de 1933, en Alemania, mientras trabajaba para el Kaiser -Wilhelm-Instituto, el profesor Friedrich Förster adaptado la tecnología de cor riente de Foucault para uso industrial, el desarrollo de instrumentos para medir la conductividad y para la clasificación mixta de componentes ferrosos. En 1948, Förster fundó su propia compañía en Reutlingen, un ne gocio basado en las pruebas de corriente de Foucault, que continúa hasta nuestros días. Otras compañías siguieron pronto. Muchos de los avances que se realizaron durante los años 1950 y 1960, especialmente en la industria aeronáutica y nuclear. Ha habido muchos desarrollos recientes en las pruebas de c orriente de Foucault, lo que lleva a un mejor desempeño y el desarrollo de nuevas aplicaciones. Prueba de corriente de Fouca ult es actualmente una técnica de inspección utilizado y bien entendido para la dete cción de defectos, así como el grosor y las medidas de conductividad.
Ley de las corrientes de Foucault Ley de las corrientes de Foucault plantea que esta tiende a oponerse a la causa que la produce. Es decir, si una corriente atraviesa a un co nductor se van a originar una serie de corrientes a las que llamaremos corrientes de Foucault que van a oponerse a la variación del flujo magnético.
Cual es la importancia de estas corrientes, pues van a producir una serie de pérdidas debidas al efecto Joule que ya estudiaste en su momento. Per o no obstante tienen una aplicación útil desde el punto de vista industrial, es en los denominados hornos de inducción en donde podemos conseguir que debido a
estas corrientes de Foucault podamos calentar tanto un metal que incluso lleguemos a fundirlo. Sin embargo en las máquinas eléctricas tenemos que evitar o al menos minimizar el efecto de estas corrientes, las cuales serán pérdidas en e l rendimiento de la máquina. Para ello tenemos las siguientes soluciones.
Utilizaciones de:
Núcleos de chapas: Consiste en una serie de chapas de escaso espesor barnizadas, estas chapas van a permitir el paso del flujo magnético pero evitan las corrientes de Foucault. Núcleos de ferrita: Estos núcleos de ferrita por su composición interna evitan las corrientes de Foucault. Nucleos de aire: Se utiliza en fre cuencias muy altas y como el aire e s un aislante las corrientes de Foucault apenas son significativas. Tipos de aplicaciones con corriente de Foucault Detectores portátiles de defectos por corrientes de Foucault Los detectores de defectos por corrientes de Foucault (EC) portátiles de avanzada permiten inspeccionar piezas metálicas y realizar detecciones altamente confiables de los defectos superficiales y cerca de la superficie. Se dispone de una gama completa de detectores de defectos portátiles para responder a innumerables aplicaciones. Las sondas de corrientes de Foucault generan campos magnéticos que inducen una corriente que fluye a través de una pieza bajo ensayo. Esto modifica el campo magnético de la bobina, así como la magnitud y la fase de su tensión. Entre las aplicaciones, se tiene la detec ción de defectos superficiales o cerca de la superficie, la clasificación de aleaciones y la inspección de agujeros de pernos.
Separador de Metales No Férricos por Corrientes de Foucault El Separador de Metales No Fér ricos por Corrientes de Foucault (R-SPM) consigue se parar los metales no férricos del resto de materiales gracias a su estudiado conjunto magnético denominado tambor inductor, que gira a alta velocidad. Cuando un metal no férrico cruza el campo magnético inducido sufre un efecto de repulsión y salta a una cierta distancia por delante del tambor de Foucault y lejos del resto de materiales.
Disminución de Foucault
Para disminuir el desarrollo de las corrientes de Foucault se emplea el sistema de construir los núcleos de hierro en lugar de macizos, mediante chapas o láminas superpuestas con un espesor de 0.2 a 0.6 mm, aisladas unas de las otras con barniz o papel. Las chapas se hacen con un acero al silicio de alta resistividad, de modo que la intensidad de la corriente inducida disminuye y las pérdidas alcanzan así un valor admisible. Esta construcción no produce la disminución del flujo magnético, pues se dispone siempre según el plano que recorr en las líneas de fuerza.
La calidad de estas láminas en cuanto a las pérdidas por histéresis y corrientes de Foucault se caracteriza por la potencia en vatios (W), disipada por kilo de plancha sometido a una inducción alternativa de una tesla, a razón de 50 ciclos de imantación por segundo.
Ventajas y Limitaciones Ventajas
Se aplica a todos los metales, electroconductores y aleaciones. Alta velocidad de prueba. Medición exacta de la conductividad. Indicación inmediata. Detección de áreas de discontinuidades muy pequeñas. ( 0.0387 mm2 –0.00006in2 ) La mayoría de los equipos trabajan con baterías y son portátiles. La única unión entre el equipo y el artículo bajo inspección es un campo magnético, no existe posibilidad de dañar la pieza. Limitaciones
La capacidad de penetración esta restr ingida a menos de 6 mm. En algunos casos es difícil verificar los metales ferromagnéticos. Se aplica a todas las superficies formas uniformes y regulares. Los procedimientos son aplicables únicamente a materiales conductores. No se puede identificar claramente la naturaleza específica de las discontinuidades.
Se requiere de personal calificado para realizar la prueba.
