Curso Electricos Agosto 2011

Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital.

Curso de capacitación para eléctricos

15/08/2011


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CONTENIDO CONOCIMIENTOS DE SEGURIDAD EN TRABAJOS DE MANTENIMIENTO ELÉCTRICO INDUSTRIAL. .................................................................................................................................................................. 4 Seguridad eléctrica .......................... ............. .......................... .......................... .......................... ........................... ........................... .......................... .......................... .......................... ........................... .............. 5 Los riesgos eléctricos ............................................................................................................................................... 5 El arco eléctrico ........................................................................................................................................................ 5 Efectos del arco eléctrico ....................................................................................................................................... 5 La explosión .............................................................................................................................................................. 6 El choque eléctrico ................................................................................................................................................... 6 Consecuencias de los accidentes eléctricos ......................................................................................................... 7 Protección frente a los riesgos eléctricos ......................... ............ .......................... ........................... .......................... .......................... ........................... .......................... .................. ..... 8 Vulnerabilidad frente al riesgo eléctrico ............................................................................................................ 9 Seguridad en las instalaciones eléctricas. ........................................................................................................... 9 Protecciones eléctricas ......................................................................................................................................... 10 Señalización y barreras ...................................................................................................................................... 13 Mantenimiento preventivo ................................................................................................................................... 13 La seguridad eléctrica ......................................................................................................................................... 14 CONTROL ELÉCTRICO INDUSTRIAL ....................................................................................................................... 17 Relevador ............................................................................................................................................................... 18 Ejercicio: .............................................................................................................................................................. 19 Ejercicio: .............................................................................................................................................................. 19 Simbología ............................................................................................................................................................. 20 Ejemplo ............................................................................................................................................................... 21 Ejercicio: .............................................................................................................................................................. 22 Ejercicio: .............................................................................................................................................................. 22 Introducción al modelado de sistemas .............................................................................................................. 23 Proceso de modelado .......................................................................................................................................... 26 Ecuaciones diferenciales lineales .......................... ............. .......................... .......................... ........................... ........................... .......................... .......................... .......................... ............. 27 Controladores PID ................................................................................................................................................. 28 Controlador proporcional ................................................................................................................................... 28 Controlador Integral............................................................................................................................................. 28 Controlador Derivativo ........................................................................................................................................ 28 Ecuación característica PID .................................................................................................................................. 29 Metodología propuesta ajuste PID empírico (Lazo Cerrado) ...................................................................... 30 Ejercicio: .............................................................................................................................................................. 30 SUBESTACIONES ELÉCTRICAS. ............................................................................................................................... 31 Objetivo de una subestación: ............................................................................................................................. 32 Tipos de subestaciones ......................................................................................................................................... 32 Componentes de subestación.............................................................................................................................. 33 TRANSFORMADORES. ..................................................................................................................................... 33 MEDIOS DE DESCONEXION ........................................................................................................................... 38 MEDIOS DE PROTECCION .............................................................................................................................. 39 RED DE TIERRA ................................................................................................................................................... 40 MEDIOS DE CONTROL. ................................................................................................................................... 41 Transformadores de instrumentos.- .................................................................................................................... 41 Transformadores de corriente. ........................................................................................................................... 42 Relevadores. .......................................................................................................................................................... 42 Cuadro de alarmas. ............................................................................................................................................. 42 Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


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Diagrama unifilar ................................................................................................................................................. Sistema trifilar ....................................................................................................................................................... Ejemplos .............................................................................................................................................................. Ejercicios .............................................................................................................................................................

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DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Y DE POTENCIA ............................................................................................... 50 Diodo Semiconductor ............................................................................................................................................ 51 transistores ............................................................................................................................................................. 60 Tipos de CONVERSIÓN de la ENERGÍA .......................................................................................................... 71 MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Y DE CORRIENTE DIRECTA. ................................................................... 86 Máquinas eléctricas .............................................................................................................................................. 87 Funcionamiento del Motor DC ............................................................................................................................ 88 Motor AC ................................................................................................................................................................ 90 Motor Asíncrono o de Inducción: ........................................................................................................................ 90 Polos por fase........................................................................................................................................................ 91 Giro del flujo de campo ...................................................................................................................................... 92 Obtención del desfasaje ..................................................................................................................................... 92 Inversión de giro ................................................................................................................................................... 93 Arranque por capacitor ....................................................................................................................................... 93 ¿Cual es la velocidad del motor? .................................................................................................................. 95 Velocidad mecánica ......................................................................................................................................... 95 La velocidad del motor para máxima carga es ........................................................................................ 96 Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla ........................................................................................................... 97 Motor Asincrónico de Rotor Bobinado .............................................................................................................. 97 Funcionamiento como generador ................................................................................................................... 98 Conexionado arranque-detención..................................................................................................................... 98 Conexionado arranque-detención..................................................................................................................... 98 Inversión .................................................................................................................................................................. 99 Variación de velocidad ......................................................................................................................................... 100 Velocidad de los motores de corriente alterna ............................................................................................ 101 Conmutación de polos ........................................................................................................................................ 101 variación de frecuencia ..................................................................................................................................... 103 FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR DE VELOCIDAD .............................................................................. 103 Tipos básicos de convertidor de frecuencia .................................................................................................. 104 Convertidor de frecuencia f recuencia con modulación mo dulación por amplitud de pulso (pam).......................... ............ .......................... ..................... ......... 105 Convertidor de frecuencia pam con rectificador controlado ..................................................................... 106 inversor de corriente (csi) .................................................................................................................................. 111 Regulación y control electrónico de motores ................................................................................................. 114 INSTRUMENTACIÓN ELÉCTRICA Y MEDICIÓN DE VARIABLES INDUSTRIALES ............................... .................. .......................... .................. ..... 7 INSTRUMENTACIÓN NEUMÁTICA. ........................................................................................................................ 35

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CONOCIMIENTOS DE SEGURIDAD EN TRABAJOS DE MANTENIMIENTO ELÉCTRICO INDUSTRIAL.



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SEGURIDAD ELÉCTRICA

Los accidentes relacionados con la manipulación de la energía eléctrica tienen consecuencias graves tales como quemaduras severas, amputaciones, daños de órganos vitales y en los peores casos, la muerte. Lo anterior ha conducido a que La ley y las normas se hagan cada día más exigentes buscando que se preserve la vida, la salud y la integridad de las personas. El manejo de los riesgos eléctricos es un aspecto que cobra cada día más importancia dentro de las diferentes empresas, las cuales deben adoptar las medidas necesarias para que se disminuyan al mínimo los accidentes de tipo eléctrico y sus efectos. LOS RIESGOS ELÉCTRICOS

Primer paso necesario para el manejo del riesgo eléctrico es el entendimiento de su naturaleza. No se puede manejar el riesgo eléctrico si no se comprende su magnitud. Normalmente tendemos a asociar el riesgo eléctrico solo con el fenómeno del paso de la corriente a través del cuerpo o choque eléctrico, sin embargo, existen otros riesgos como el arco eléctrico y la explosión que son igualmente peligrosos para las personas, y por lo tanto, deben ser comprendidos. EL ARCO ELÉCTRICO

Normalmente el aire es un muy buen elemento aislante, sin embargo, bajo ciertas condiciones tales como altas temperaturas y altos campos eléctricos, puede convertirse en un buen conductor de corriente eléctrica. Un arco eléctrico es una corriente que circula entre dos conductores a través de un espacio compuesto por partículas ionizadas y vapor de conductores eléctricos, y que previamente fue aire. La mezcla de materiales a través de la cual circula la corriente de arco eléctrico es llamada plasma. La característica física que hace peligroso al arco eléctrico es la alta temperatura, la cual puede alcanzar 50000 ºK en la región de los conductores (ánodo y cátodo) y 20000 ºK en la columna. EFECTOS DEL ARCO ELÉCTRICO



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LA EXPLOSIÓN

Cuando se forma un arco eléctrico, el aire del plasma se sobrecalienta en un período muy corto de tiempo, lo cual causa una rápida expansión del aire circundante, produciendo una onda de presión que puede alcanzar presiones del orden de 1000 kg/m². Tales presiones pueden ser suficientes para explotar bastidores, torcer láminas, debilitar muros y arrojar partículas del aire a velocidades muy altas. Esta explosión genera efectos tales como explosión de bastidores, doblado de láminas y arroja partículas a altas velocidades.

EL CHOQUE ELÉCTRICO

El choque eléctrico es la estimulación física que ocurre cuando la corriente eléctrica circula por el cuerpo. El efecto que tiene depende de la magnitud de la corriente y de las condiciones físicas de la persona. Las corrientes muy elevadas, si bien no producen fibrilación, son peligrosas debido a que generan quemaduras de tejidos y órganos debido al calentamiento por efecto joule. Si la energía eléctrica transformada en calor en el cuerpo humano es elevada, el calentamiento puede ocasionar daños graves en órganos vitales.



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CONSECUENCIAS DE LOS ACCIDENTES ELÉCTRICOS

Los accidentes eléctricos pueden ocasionar diversos tipos de traumas afectando sistemas vitales como el respiratorio, el nervioso y el muscular, y órganos vitales como el corazón. Las lesiones que pueden ocasionarse por los accidentes eléctricos son:  El paso de la corriente a través del cuerpo puede generar cortaduras o rotura de miembros  Los daños en los nervios causados por el choque eléctrico o por las quemaduras pueden causar pérdida de la motricidad o parálisis  Las quemaduras por el arco eléctrico o por la corriente generan dolores intensos que pueden ser de una duración extremadamente larga.  Las partículas, el metal fundido y las quemaduras en los ojos pueden ocasionar ceguera.  La explosión puede ocasionar pérdida parcial o total de la audición.  La circulación de corriente a través de los órganos puede ocasionar su disfunción.  Además de las lesiones puede ocasionarse la muerte por los siguientes factores:  El choque eléctrico puede ocasionar daños físicos mortales.  Cuando se tienen quemaduras de un porcentaje alto de la piel, se requieren cantidades grandes de líquidos para la cicatrización. Esto genera un esfuerzo en el sistema renal que puede ocasionar la falla del riñón.  Los órganos internos afectados pueden dejar de funcionar ocasionando la muerte principalmente si se trata de órganos vitales.  Si la víctima inhala gases muy calientes y materiales fundidos generados por el arco eléctrico, los pulmones se verán afectados y no funcionarán correctamente.  El corazón puede dejar de funcionar por fibrilación o por parálisis debido a la corriente eléctrica.



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PROTECCIÓN FRENTE A LOS RIESGOS ELÉCTRICOS

Para protegerse de los efectos de los riesgos eléctricos se tienen los siguientes métodos:  Evitar que se presenten las fallas eléctricas mediante unas instalaciones y equipos que cumplan con la normatividad aplicable y mediante un mantenimiento preventivo que cubra todo el sistema eléctrico con la periodicidad adecuada.  Utilizar barreras de protección que confinen la explosión y el arco eléctrico o que los oriente en direcciones en las cuales no afecten al personal. Mantener las distancias a los equipos energizados para evitar los acercamientos peligrosos que pueda producir arcos eléctricos.  Evitar las diferencias de potencial nocivas entre diferentes partes del cuerpo humano.  Proteger directamente a las personas con implementos de seguridad que eviten la circulación de corrientes peligrosas a través del cuerpo o que actúen como barreras frente al calor generado por el arco eléctrico y frente a los objetos o partículas lanzadas a altas velocidades por la explosión



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VULNERABILIDAD FRENTE AL RIESGO ELÉCTRICO

Todas las empresas deben tener un conocimiento claro de su estado frente a los riesgos eléctricos. Si no se ha tenido un programa efectivo de prevención de los riesgos eléctricos y no se conoce el estado actual, debe realizarse un diagnóstico que identifique los puntos débiles y elaborar un plan de acción para la disminución del riesgo. Algunos puntos claves que se deben evaluar incluyen:  Verificación de las instalaciones y del equipo eléctrico frente a los requerimientos de seguridad eléctrica. Debe tenerse claridad respecto a cuales son las normas y reglamentos que se deben cumplir.  Evaluación de la calidad y periodicidad del mantenimiento del sistema eléctrico. Los instructivos de mantenimiento deben estar basados normas internacionales y en las recomendaciones de los fabricantes de los equipos.  Evaluación de la dotación del personal con los equipos de protección individuales y con las herramientas y elementos de seguridad necesarios.  Los implementos, herramientas y equipos de seguridad deben ser aptos para el trabajo con equipo eléctrico y cumplir con las normas aplicables.  Evaluación del nivel de entrenamiento y capacitación del personal en el trabajo específico que desarrolla, en riesgos eléctricos y en prácticas de trabajo seguras. Además, debe evaluarse la calidad y periodicidad de la capacitación y el entrenamiento.  Evaluación de la existencia y aplicación de los procedimientos de seguridad para el trabajo eléctrico. SEGURIDAD EN LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS. 

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Algunos accidentes en redes eléctricas son ocasionados por deficiencias propias de la instalación, es decir, que no se deben a la aplicación de procedimientos incorrectos o a la carencia de equipos de seguridad o herramientas adecuadas. Para las instalaciones y el equipo eléctrico se tienen unos requerimientos mínimos indispensables para que el personal pueda realizar los trabajos bajo condiciones seguras. Estos requerimientos se encuentran dentro de las normas aplicables al diseño, montaje y mantenimiento. Los principales puntos a ser evaluados para diagnosticar el estado de la instalación frente al riesgo eléctrico son: Sistema de puesta a tierra Sistema de apantallamiento y protecciones contra sobretensiones Sistema de protecciones eléctricas Espacio para realizar trabajos y distancias de seguridad Señalización y barreras Mantenimiento preventivo



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PROTECCIONES ELÉCTRICAS

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El papel principal de los equipos de protección es el de garantizar que las fallas eléctricas son detectadas y aisladas dentro de unos límites de tiempo que garanticen la seguridad de las personas y de las instalaciones. Los efectos de las fallas eléctricas dependen principalmente de dos factores: la magnitud de la falla (corriente de cortocircuito) yla duración. Los efectos de la circulación de corriente a través del cuerpo humano o choque eléctrico son proporcionales al tiempo de duración; la cantidad de calor recibido por una persona de un arco eléctrico, depende también de su duración. Por todo lo anterior, es indispensable la implementación de sistemas de protecciones adecuados y con los ajustes correctos tendientesa minimizar los tiempos de duración de las fallas. Para esto se deben realizar estudios de ajuste y coordinación de protecciones orientados a garantizar lo siguiente: Que los cortocircuitos sean detectados y despejados por elementos de protección rápidos (instantáneos o de tiempo definido con baja temporización, por ejemplo, < 300 ms). Los fusibles correctamente seleccionados son una protección excelente contra cortocircuito, dado los tiempos bajos de despeje de falla que garantizan (en muchos casos inferiores a un ciclo). Los elementos de protección contra sobrecarga operan normalmente en tiempos de varios segundos, por lo cual noson adecuados para cortocircuitos. Que la instalación y el equipo eléctrico se encuentren correctamente protegidos contra cortocircuitos y sobrecargas, es decir, que los tiempos de actuación de las protecciones son inferiores a los tiempos que el equipo eléctrico puede soportar la falla o la sobrecarga. Que las fallas a tierra sean detectadas y despejadas en un tiempo inferior al utilizado para el cálculo de las tensiones de toque y de paso, que normalmente es de 500 ms. Que las fallas a tierra en sistemas no aterrizados sólidamente (aterrizados con alta o baja impedancia) son detectadas y aisladas.

ESPACIO DE TRABAJO Y DISTANCIAS DE SEGURIDAD 

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Es indispensable para realizar trabajos en la instalación eléctrica, contar con un espacio adecuado de acceso y de trabajo que permita la operación y el mantenimiento del equipo. Además, la instalación debe permitir la circulación del personal y de los vehículos por las zonas permitidas garantizando que se mantengan unas distancias mínimas al equipo energizado. Estos espacios deben ser previstos desde el diseño. El Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas -RETIE define tres límites de acercamiento para la seguridad personal con base en la norma NFPA 70E. Estos límites de acercamiento son:


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Límite de aproximación segura: es la distancia mínima desde un punto energizado del equipo, hasta la cual el personal no calificado puede situarse sin riesgo por arco eléctrico. Límite de aproximación restringida: es la distancia mínima hasta la cual el personal calificado puede situarse sin llevar los elementos de protección personal certificados contra riesgo por arco eléctrico.



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SEÑALIZACIÓN Y BARRERAS

Las partes energizadas deben contar con una protección contra contacto accidental utilizando algunas de las siguientes alternativas:  Confinándolas en gabinetes apropiados.  Ubicándolas en recintos a los cuales solo tenga acceso el personal calificado.  Ubicándolas a una altura tal que no represente riesgo para el personal que circula por el lugar.  Además, se deben tener las señales de advertencia donde se advierta al sobre el riesgo y se prohíba la entrada al personal no calificado. Estas señales deben contar con la siguiente información:  Advertencia donde se indique que se trata de equipo energizado yque representa peligro.  Tipo de equipo y nomenclatura operativa.  Máximo nivel de tensión del equipo.  Máximo nivel de cortocircuito  Ubicación de los diferentes límites de aproximación  Categoría requerida del equipo de protección personal para realizar trabajos.

MANTENIMIENTO PREVENTIVO

El deterioro del equipo eléctrico inevitable, pero su falla no lo es. El deterioro puede verse acelerado por factores tales como medio ambientes hostiles, sobrecarga o ciclos pesados de uso. Tan pronto como se instala el equipo nuevo, inicia el proceso normal de deterioro y si al equipo no se le realiza mantenimiento preventivo se puede generar su mal funcionamiento o fallas eléctricas. Un buen plan de mantenimiento preventivo identifica y reconoce estos factores y provee las medidas necesarias. Además del deterioro normal, existen otras causas potenciales de falla del equipo que deben ser detectadas y corregidas a través del mantenimiento preventivo. Entre estas están cambios o adiciones de cargas, alteraciones de circuitos, ajustes no adecuados de dispositivos de protección, y cambio de las condiciones de tensión. Un mantenimiento preventivo bien administrado reducirá accidentes, salvará vidas, y minimizará paradas costosas y salidas no planeadas del equipo de producción. Se pueden identificar daños inminentes y aplicar las soluciones antes de que se presenten accidentes.



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LA SEGURIDAD ELÉCTRICA

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Seguridad en el trabajo eléctrico se ve ampliamente mejorada cuando se utilizan las herramientas y el equipo personal adecuados. Cada trabajador que desarrolla alguna actividad en el equipo eléctrico, debe estar protegido contra los riesgos propios de su trabajo. Se deben tener en cuenta los siguientes puntos: Entrenamiento del personal Utilización de elementos de protección personal Utilización de equipos de seguridad Utilización de herramientas adecuadas para trabajos eléctricos.



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CONTROL ELÉCTRICO INDUSTRIAL


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Arrancadores para motores de AC y DC Introducción al modelado de sistemas Teoría de control Ajuste de controladores PID Ejemplos de aplicación de controladores: Posición (Servomotores), Temperatura y Velocidad. RELEVADOR

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El relevador es un interruptor operado magnéticamente. El relé se activa cuando el electroimán (que forma parte del relevador) es energizado. En operación causa que exista conexión o no, entre dos o más terminales del dispositivo. Esta conexión se logra con la atracción o repulsión de un pequeño brazo, llamado armadura, por el electroimán. Este pequeño brazo conecta o desconecta los terminales antes mencionados.

Los parámetros importantes del relevador son: Voltaje de operación Corriente de operación Potencia de operación Resistencia de la bobina. Corriente máxima en el contacto Voltaje máximo en el contacto Estas variables se relacionan por: La ley de Ohm V=IR La ley de watt P=VI Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


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EJERCICIO:

Deduzca otras 2 formas para la ley de watt P=I*I*R P=(V*V)/R EJERCICIO:

Un relevador opera a 24V y tiene una resistencia de 70 ohm, calcule la corriente de operación de la bobina, cuál es la potencia que disipa

Un relevador necesita para su funcionamiento 1.2W de potencia, si su corriente es de 100mA ¿Cuál es su voltaje de operación? ¿Cuánto es la resistencia de la bobina?

Un relevador necesita activar una carga de 3A, su voltaje de operación es de 48V y su potencia de operación 2.5W, calcule la corriente de operación y la resistencia de la bobina.

El relevador es activado con poca corriente, sin embargo puede activar grandes máquinas que consumen gran cantidad de corriente.



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SIMBOLOGÍA

Bobina del relevador E1

Contacto normalmente abierto del relevador E1

Contacto normalmente cerrado del relevador E1



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EJEMPLO

Pulsador (P) no presionado, por lo tanto, relevador (R1) no se ha activado y los contactos de R1 conservan su estado de reposo.

Pulsador (P) presionado, por lo tanto, relevador (R1) se ha activado y los contactos de R1 cambian de estado (cerrado a abierto y viceversa).



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EJERCICIO:

Implementa un circuito arrancador de motores, simula con el software FluidSIM

EJERCICIO:

Implementa un circuito Inversor de giro para motor AC monofásico.



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INTRODUCCIÓN AL MODELADO DE SISTEMAS

Un Sistema es una combinación de componentes que actúan conjuntamente para alcanzar un objetivo específico. Una componente es una unidad particular en su función en su sistema.



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Es importante ver a los sistemas como una CAJA NEGRA para poderlos estudiar mas a fondo

Un sistema se llama dinámico si su salida en el presente depende de una entrada en el pasado; si su salida en curso depende solamente de la entrada en curso, el sistema se conoce como estático. La salida de un sistema estático permanece constante si la entrada no cambia y cambia sólo cuando la entrada cambia.

Entendemos por sistema estático aquel cuyos valores no cambian con el tiempo como al momento de encender un foco.



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Los modelos dinámicos constantemente aplican sus ecuaciones considerando cambios en el tiempo Realizar un modelo dinámico no es una tarea sencilla se necesita primero una fuerte base de álgebra, cálculo, Física e incluso de informática, posteriormente conocer de aplicaciones matemáticas, teoría de máquinas, teoría de circuitos. Pero la ventaja de tener un modelo dinámico es que se pueden hacer simulaciones de su comportamiento y diseñar controladores automáticos.



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Análisis experimental: La Ciencia y sus métodos proveen respuestas a los interrogantes humanos sobre sistemas y sus propiedades. Los métodos científicos se basan en la experimentación, que consiste en la realización de ensayos sobre el sistema, en la observación de las reacciones del mismo, y en la obtención de leyes de su comportamiento, expresadas por lo general mediante el lenguaje matemático.

El método experimental no siempre es viable ya que en algunos casos existenfactores que limitan o impiden su aplicación. Por ejemplo: Costos, Riesgos,experimento irrealizable (por inexistencia del sistema o incapacidad humana deexperimentar). Modelo.- Cualquier tentativa de diseño de un sistema debe empezar a partir predicción de su funcionamiento antes de que el sistema pueda diseñar en de construirse físicamente. Tal predicción se basa en una descripción matemática características dinámicas del sistema. A esta descripción matemática se le llama matemático.

de una talle o de las modelo

La dinámica del sistema trata de modelado matemático y el análisis de la respuesta de los sistemas dinámicos. Cuando no se puede experimentar sobre los sistemas se recurre a su modelado. PROCESO DE MODELADO

El proceso de modelado analítico se divide en tres grandes etapas. La primera de ellas consiste en la delimitación del modelo en función de los fenómenos que resultan relevantes de acuerdo al problema que se quiere resolver. Esta es una etapa que no puede sistematizarse fácilmente y que requiere por ende de una cierta dosis de intuición y por sobre todo de una vasta experiencia en relación con el sistema a modelar. Una vez delimitados los fenómenos que se consideraron relevantes para laconstrucción del modelo, se pasa a la siguiente etapa en la que se deben formalizar las relaciones constitutivas y estructurales asociadas respectivamente a los fenómenos considerados y a la forma en que estos se disponen dentro del sistema. En los sistemas físicos, estas relaciones constitutivas y estructurales encuentran su expresión formal (matemática) en las leyes fundamentales de los dominios de la física asociados a los fenómenos mencionados. Por este motivo, el modelado analítico de un sistema físico no es posible sin un conocimiento de las leyes físicas elementales asociadas a los fenómenos en cuestión. Al aplicar las leyes físicas a un sistema específico, es posible desarrollar matemático que describa al sistema.

unmodelo

Tal sistema puede incluir parámetros desconocidos, los cuales deben evaluarse mediante pruebas reales. Con el diseño matemático terminado, el ingeniero simula el modelo en una computadora con el objeto de probar el efecto de diferentes entradas y perturbaciones en el comportamiento del sistema resultante. Si la configuración inicial del sistema no es Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


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satisfactoria, el sistema debe rediseñarse y llevarse a cabo el análisis correspondiente. Este proceso de diseño y análisis se repite hasta encontrar un sistema satisfactorio. Entonces se puede construir un sistema físico prototipo. La mayoría de los modelos matemáticos que resultan útiles se describen en términos de ecuaciones diferenciales. ECUACIONES DIFERENCIALES LINEALES

Pueden clasificarse en ecuaciones diferenciales lineales, invariantes en el tiempo y ecuaciones lineales variantes en el tiempo. Una ecuación diferencial lineal invariante en el tiempo es aquella en la cual una variable dependiente y sus derivadas aparecen como combinaciones lineales. El siguiente es un ejemplo de esta clase de ecuación.

Es importante recordar que con objeto de que sea lineal, la ecuación nodebe contener potencias, productos u otras funciones de las variables dependientes y sus derivadas. Una ecuación diferencial se denomina no lineal cuando no es lineal. Entre los ejemplos de ecuaciones diferenciales no lineales se incluyen

Si el e es cercano a cero, entonces el modelo es apropiado. Si el error es muy grande, entonces se mejora el modelo.



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Una vez obtenido el modelo se procede a diseñar el controlador. CONTROLADORES PID

Son múltiples las técnicas de control existentes para los procesos en el ámbito de la industria, pero a pesar de ello, la inmensa mayoría en su implementación emplea controladores PID, algunos autores elevan el porcentaje de utilización a un 90%. Por tanto pese a los numerosos estudios llevados a cabo en el ámbito de la regulación, incluso introduciendo la utilización de la inteligencia artificial en este terreno, se denota que el empleo de este controlador sigue siendo masivo por diversas razones como: robustez, fiabilidad, relativa simplicidad, tolerancia a fallos, etc.

El control PID se obtiene de la combinación de 3 controladores distintos el proporcional, el integral y el derivativo CONTROLADOR PROPORCIONAL

El control proporcional es el regulador principal ya que por definición es el que nos llevará al valor deseado, sin embargo, tiene un defecto, actúa de manera proporcional al error, es decir, cuando hay un error pequeño nuestra señal de corrección es pequeña y no alcanzará a corregir totalmente. Esto nos genera un error de estado estacionario o permanente. CONTROLADOR INTEGRAL

El control integral seguirá actuando cuando el control proporcional llegue a su límite ya que „recuerda‟ el valor original del error, su comportamiento es lento pero será el encargado de dar el ajuste fino y disminuir o desaparecer el error de estado estacionario ocasionado por el control proporcional. Es prácticamente imposible ver un control puramente integral, siempre se combina con otros controladores. CONTROLADOR DERIVATIVO

El control derivativo es el encargado de responder rápidamente a los cambios bruscos principalmente ocasionados por perturbaciones en el sistema. Se debe manejar con mucho cuidado porque es susceptible a provocar inestabilidad. En proceso lentos como el control de temperatura incluso puede ser omitido.



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ECUACIÓN CARACTERÍSTICA PID

Los parámetros de los controladores PID son Kp, Ki y Kd que significan respectivamente ganancia proporcional, ganancia integral y ganancia derivativa y se deben ajustar para determinar que tanto influirán en el proceso, una ganancia de 0 significa que el controlador no está presente. Ajuste empírico de controladores PID Existen diversos métodos de ajuste paramétrico empírico, la mayoría de ellos está basado en la metodología de Ziegler-Nichols (ver anexos). Es importante aclarar que ningún método es 100% efectivo para todos los sistemas ya que las metodologías se basan en colocar el sistema al margen de la estabilidad. La ventaja de la metodología siguiente es que no es necesario medir el tiempo de la oscilación.



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METODOLOGÍA PROPUESTA AJUSTE PID EMPÍRICO (LAZO CERRADO)

1.- Asegurarse que el sistema se encuentre en lazo cerrado. 2.- Apagar control Integral y derivativo (Ki=0, Kd=0) 3.- Aumentar ganancia proporcional (Kp) hasta que el sistema comience a oscilar (el sistema se comporta inestablemente). 4.- Dividir el valor de la ganancia proporcional (Kp) entre 2 o 3. 5.- Aumentar el valor de la ganancia Integral hasta que el sistema comience a oscilar. 6.- Dividir el valor de la ganancia Integral (Ki) entre 3. 7.- Probar el sistema para verificar que en verdad necesite el ajuste del control derivativo (la mayoría de los procesos no lo necesitan). 8.- Si es necesaria la parte derivativa aumentar Kd y provocar cambios del 30% en la referencia. 9.- Observar la respuesta del sistema por los cambios provocados en el paso 8 y repetirlo hasta obtener una respuesta suave del sistema (cambio exponencial del sistema).

EJERCICIO:

Utiliza la herramienta simulink de Matlab para ajustar empíricamente un control PID



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SUBESTACIONES ELÉCTRICAS.



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Conjunto situado en un mismo lugar, de la aparamenta eléctrica y de los edificios necesarios para realizar alguna de las funciones siguientes: – transformación transformación de la tensión,

de la frecuencia, – de del número de fases, – del – rectificación, rectificación,

compensación del factor de potencia y – compensación conexión de dos o más circuitos. – conexión

OBJETIVO DE UNA SUBESTACIÓN:

UnasubestaciónEléctricadebeserconfiable,económica,segurayconundiseñotansencillocomosea posible;ésteúltimodebeproporcionarunaltoniveldecontinuidaddeservicioycontarconmediospa rafuturasampliaciones,flexibilidaddeoperaciónybajoscostosinicialyfinal. Debe estar equipada con lo necesario para dar mantenimiento a líneas, interruptores automáticos y disyuntores, sin interrupción es en el servicio ni riesgos para el personal y los consumidores.

TIPOS DE SUBESTACIONES

Según la función:  

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De maniobra: destinada a la interconexión de dos o más circuitos De transformación pura : destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior.  Transporte Subtransporte Reparto  Subtransporte Distribución  Reparto De transformación/maniobra: destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior, así como a la conexión entre circuitos del mismo nivel De transformación/cambio del número de fases : destinada a la alimentación de redes con distinto número de fases De rectificación: destinada a alimentar una red en corriente continua


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De central: destinada a la transformación de tensión desde un nivel inferior a otro superior (centrales eléctricas)

Según emplazamiento:   

De intemperie De interior Blindadas

COMPONENTES DE SUBESTACIÓN.     

Transformadores Medios de desconexión Medios de protección Red de tierra Medios de control.

TRANSFORMADORES.

El transformador es una maquina eléctrica de corriente alterna que no tiene partes móviles, sino dos bobinas de alambre no magnético aisladas entre si y montadas estas en un núcleo magnético y todo esto sumergido en aceite aislante contenido en un tanque. (También se construyen transformadores de tipo seco. La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de voltaje. La fórmula: Vs = Ns x Vp / Np Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal. (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las perdidas por calor y otras), entonces: Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula. Potencia = voltaje x corriente P = V x I (en watts) Aplicando este concepto al transformador Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


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Is = Np x Ip / Ns

EJERCICIOS:

1.- Un trasformador monofásico ideal convierte de 400V a 24V de corriente alterna. ¿Que relación de transformación tiene el transformador? ¿Que corriente habrá en el secundario si por el primario pasan 1,35A? 2.- Un transformador monofásico ideal tiene 2000 espiras en el arrollamiento primario y 50 espiras en el arrollamiento secundario. .Que tensión aparece en el secundario si aplicamos una tensión de 15 KV en el primario? Determina si es un transformador reductor o elevador. 3.- Queremos transformar los 230V de una instalación moderna en 127V para un receptor antiguo, para ello utilizamos un transformador reductor domestico. .Que relación de transformación habremos de utilizar? .Que corriente consumirá el primario del transformador si el receptor consume 2A? 4.- Calcula la lectura de los dos amperímetros:

LA IMPEDANCIA EN UN TRANSFOR TRANSFORMADOR MADOR IDEAL.

Los transformadores no solamente sirven para transformar las tensiones y las intensidades, sino que también, tienen la propiedad de poder transformar la impedancia de un circuito. Zx = a2Z Un sistema de potencia monofásico consta de un generador de 480v 60Hz que suministra una carga ZL = 200 Ω a través de una línea de transmisión con una impedancia de Zc = 4 Ω . Conteste las siguientes preguntas. Si el sistema es exactamente como se acaba de describir: ¿cual será el voltaje sobre la carga?; Cuales serán las perdidas en la línea de transmisión.



35

Suponga que un trasformador elevador de relación 1:10 esta colocado en el extremo del generador de la línea de transmisión y un transformador reductor de 10:1 esta colocado al extremo de carga de la línea. ¿Cual será el voltaje en la carga ahora?.

CONEXIÓN Y -



En esta conexión el voltaje primario de línea se relaciona con el voltaje primario de fase mediante: V LP  V  P 3

Y el voltaje de línea del secundario es igual al voltaje de fase del secundario. V LS  V  S

La relación de voltaje de cada fase es: V  P V  S

Por lo tanto:

V LP V LS





a

V  P 3

V LP

V  S

V LS



a 3

Esta conexión no tiene problemas con los componentes del tercer armónico en sus voltajes debido a que estos se consumen en la corriente que circula en el lado delta. Esta conexión es mas estable que la y – y, debido a que la delta redistribuye cualquier desbalance. Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


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El único problema con esta conexión es que el voltaje del secundario se desplaza 30° con relación al voltaje primario del transformador. Esto a su vez puede ocasionar problemas cuando se requieran conectar en paralelo los secundarios de 2 grupos de transformadores. Si la secuencia se toma como abc el voltaje del secundario se atrasa con respecto al primario. Si la secuencia se toma como acb el voltaje del secundario se adelanta con respecto al primario.

Figura. Conexión y- del transformador trifásico (a) un solo transformador, (b) banco de transformadores



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CONEXIÓN  - Y

En esta conexión el voltaje de línea del primario es igual al voltaje de fase del primario. V LP  V  P En tanto que los voltajes del secundario se relacionan por: V LS  V  S 3

Por lo tanto la relación voltaje de línea a línea de este V  P V LP a transformador es: V LS



V  S 3



3

Esta conexión tiene las mismas ventajas y el mismo desplazamiento de 30° que la conexión y - ∆.

Figura conexión transformadores



- y del transformador trifásico (a) un solo transformador, (b) banco de

CONEXIÓN DELTA - DELTA  -



V LP  V LS

En una conexión de estas:

V  P  V  S

Por lo tanto la relación entre los voltajes de línea primario y secundario: V LP V LS



V  P V  S



a

Este transformador no tiene desplazamiento de fase asociada a él, ni problemas de cargas desbalanceadas o armónicas.



38

Figura. Conexión  - del transformador trifásico (a) un solo transformador, (b) banco de transformadores

EJERCICIOS:

En una conexión estrella-delta trifásica, el voltaje de línea del primario es de 280v. Con una relación de transformación de 2:1 a. calcule la corriente de fase del secundario si se tiene una carga de 500 Ω . b. Calcule la corriente de fase del primario.

MEDIOS DE DESCONEXION

Toda subestación debe tener en el lado primario (acometida), un medio de desconexión general de operaciónsimultánea, que sea adecuado a la tensión y corriente nominal del servicio; en adición a cualquier otro medio de desconexión. El interruptor automático opera con el auxilio de relevadores que detectan la sobrecorriente producida por una falla y envían una señal al interruptor para que este dispare y corte la corriente abriendo suscontactos. Los interruptores de potencia se clasifican por el medio de extinguir el arco producido por la apertura de una corriente de falla; como sigue: 1.- gran volumen de aceite 2.- pequeño volumen de aceite. 3.- aire comprimido. 4.- vacio 5.- por gas de sf6 (exafloruro de azufre). El interruptor automático puede ser operado manualmente a voluntad lo cual lo hace un medio de protección y desconexión al mismo tiempo. Interruptor manual de operación tripolar con carga. Estos dispositivos se operan manualmente por un mecanismo de palancay tubos accionando las tres cuchillas simultáneamente. Cada cuchillacuenta en sus extremos de contacto fijo con una cámara de extincióndel arco eléctrico. La diferencia entre este tipo de interruptor manual y los automáticos es que no operan como protección de sobrecorriente sino como seccionador.

CUCHILLAS SECAS DE OPERACION SIN CARGA



39

Estos elementos son de operación monopolar o tripolar exteriores o interiores y sirven exclusivamente para desconectar al equipo que requiere de mantenimiento o revisión. Solo se pueden abrir al haberse quitadototal mente la carga aun la excitación de los transformadores MEDIOS DE PROTECCION

Son 2 los fenómenos eléctricos que pueden causar daño al equipo eléctrico de la subestación: sobrecorriente y sobrevoltaje. Sobrecorriente.- toda subestación debe tener en el lado primario (acometida), un dispositivo general de sobrecorriente que sea adecuado ala tensión y corriente de servicio, así como de capacidad interruptora que deba estar de acuerdo con la potencia máxima de cortocircuito que pueda presentarse en la subestación, según la información que proporcioneel suministrador. Los dispositivos de proteccion contra sobrecorriente son: En alta tensión. Interruptores de potencia automáticos Interruptores de potencia en aire cuchilla-fusible y cortacircuitos fusibles. En baja tensión. Interruptores electromagneticos termomagneticos y fusibles.

Existen 2 tipos de sobrevoltajes: de origen externo y de origen interno. Se entiende por sobrevoltaje de origen externo, el producido por descargas atmosféricas. En general los sobrevoltajes externos pueden ser de 3 tipos: 1.- por carga estática. 2.- por descarga indirecta. 3.- por descarga directa. Se entiende por sobrevoltaje de tipo interno a los que se presentan enlas instalaciones eléctricas por operaciones del equipo, fallas u otrosmotivos propios de la red. Apartarrayos.


Curso de capacitación para eléctricos Este es un dispositivo primario de protección, usado en la coordinación aislamiento.Las funciones específicas de los apartarrayosson :

40

de

1.- operar sin sufrir daño por tensiones en el sistema y corrientes que circulen por este. 2.- reducir las sobretensiones peligrosas a valores que no dañen el aislamiento del equipo. Para cumplir con lo anterior se debe seleccionar el aislamiento apropiado. RED DE TIERRA

El diseño de las redes de tierra en subestaciones es uno de los aspectos a los que no siempre se le ha dado la importancia que amerita. Algunas de las funciones básicas de las redes de tierra son: 1.- limitar los voltajes de paso (entre los dos pies) y de contacto (entre mano y pies) 2.- limitar el potencial entre las partes no conductoras de corriente 3.- reducir los sobrevoltajes durante condiciones de falla. 4.- Proporcionar seguridad a cualquier ser viviente que pudiera estar dentro de la subestación. procedimiento para el calculo de una red de tierra.

1.- investigación de las características del terreno donde se ubicarala subestación y obtener el valor de la resistividad. 2.- determinación de la corriente máxima de falla a tierra con datos del suministrador y características del transformador. 3.- diseño preliminar del sistema de tierra, determinando: a) área de la red. b) longitud del conductor enterrado. c) sección transversal del conductor. d) número de varillas de tierra. 4.- cálculo de la resistencia del sistema de tierra 5.- cálculo del máximo potencial de la malla en caso de falla. 6.- cálculo de la tensión de paso. 7.- cálculo de la tensión de contacto. 8.- cálculo de la longitud del conductor 9.- sección mínima del conductor de la red de tierra. 10.- cálculo del número de varillas



41

MEDIOS DE CONTROL. El control es un “sistema” que debe estar alerta tanto en condiciones normales de

operación, como ante condiciones de contingencia que representen en la subestación. De tal manera que actué para aislar la parte fallada en el menor tiempo posible. En el control de una subestación intervienen una serie de elementos, donde cada uno de los cuales desempeña una función especifica. Dichos elementos son: Transformadores de instrumentos. Transformadores de corriente t.c´s Transformadores de potencial t.p´s Relevadores de protección de sobre corriente (51) De distancia (21) Diferencial (87) Buchholtz (63)

Relevadores auxiliares Auxiliar de diferencial (86) De bajo voltaje y secuencia de fases (27) De temperatura. (49) Cuadro de alarmas. Banco de baterías.

TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS.-

En los sistemas eléctricos de corriente alterna se manejan altos voltajes y corrientes elevadas. por ello y para alimentar los aparatos de protección y medición, los cuales manejan magnitudes de voltaje y corriente muy bajos (120 volts y 5 amps.), se requieren equipos especiales llamados transformadores de instrumentos, los cuales reducen las



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magnitudes de corriente o voltaje a los valores arriba mencionados TRANSFORMADORES DE CORRIENTE. Un transformador de corriente “t.c” es el dispositivo que nos alimenta una corriente

proporcionalmente menor a la del circuito. No mayor a 5 amperes en condiciones normales de operación. Un t.c. se selecciona de acuerdo a las características del sistema donde va a operar y a la corriente de carga máxima primaria. RELEVADORES.

Un relevador es un dispositivo que funciona por condiciones eléctricas o físicas y opera cuando estas condiciones rebasan valores preestablecidos. la operación de un relevador causa la operación de otros equipos. Como se mencionó anteriormente, la señal eléctrica que recibe un relevador, es proporcionada por un transformador de instrumentos.

CUADRO DE ALARMAS.

Al cuadro de alarmas se conectan todos los puntos que se consideren importantes para su atención en caso de anomalía; como pueden ser el disparo de cualquier interruptor, las protecciones que operaron, la falta de potencial y problemas en general del transformador o de los interruptores de potencia. Esto es de suma importancia para el ingeniero de operación y mantenimiento para conocer si todo se encuentra en orden o resolver algún evento que haya sucedido. Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


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DIAGRAMA UNIFILAR

Es el esquema unifilar que nos da una idea general de toda la instalación eléctrica, desde desde la acometida hasta los circuitos ramales, contiene los siguientes datos: Cantidad y calibre de los conductores de la acometida Caja de medidor Diámetro de la tubería Número de circuitos del tablero Conexión a tierra

• • • • •

Diagrama unifilar

Es el esquema unifilar que nos da da una una idea general de toda la instalación eléctrica, desde la acometida hasta los circuitos ramales, contiene los siguientes datos:     

Cantidad y calibre de los conductores de la acometida Caja de medidor Diámetro de la tubería Número de circuitos del tablero Conexión a tierra

Se llama diagrama unifilar porque el diseño es realmente una sola línea (unifilar) y sobre esta única línea se trazan ciertas líneas, que indican si se utilizan dos, tres o cuatro conductores para alimentar la vivienda. Prácticamente son dos diagramas, uno general indicando la acometida y conexiones hasta el tablero y otro de esquema de conexión de los dispositivos de protección, que varía de acuerdo al sistema usado para alimentar la vivienda.



44

SISTEMA TRIFILAR

Hay que tener especial cuidado con los diagramas unifilares, ya que de ellos depende la distribución de los circuitos en el CUADRO DE CARGAS , ya que una incorrecta distribución de los mismos recargaría una fase con respecto a otra más del 5%, valor recomendado.

SISTEMA TRIFASICO TETRAFILAR



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EJEMPLOS

EJEMPLO 1. Se tiene una casa de dos pisos con un sistema trifásico tetrafilar con el siguiente cuadro de cargas: CUADRO DE CARGAS

TOMAS CTO. No.

DESCRIPCION

LAMPARAS

1

2

3

Φ

Φ

Φ

1

ILUMINACION SEGUNDO PISO

3

TOMAS 2º PISO, 10 PRINCIPAL, NIÑA, BAÑO

5

TOMAS 2º PISO, HUESPED, ESTAR

9

7

KIOSKO

1

9-11

ESTUFA

13

ARTEFACTOS PEQUEÑOS DE COCINA

7

15

ILUMINACION Y TOMAS PRIMER PISO

2

POTENCI A I(A) FLU BALA VATIOS O. S

3

10

L1

600

5

1800

15

2

1680

14

2

240

2

2000

9.1

1500

12.5 12.5

1110

9.3

1

3

AMPERIOS

15

L2

L3

A PROT W . G AMP.

1 1x15 2

5

1 1X20 2

15

14

1 1X20 2 1 1X15 2

2

9.1

9.1

1 2X30 0 1 1X20 2

9.3

1 1X20 2



17

LAVADORA Y PLANCHA

2-4-6

CALENTADOR

8

TOMAS PRIMER PISO

10

ALARMA

12

RESERVA

14-1618

RESERVA

2

1500

12.5

2000

5.6

5.6

10

1800

15

15

1

200

1.7

1

42

1

1

6

29

14430

5.6

12.5

1 1X20 2

5.6

1 3X50 0

46

1 1X20 2 1.7

1 1X15 2

101. 40.1 40.7 41.2 7

Total carga instalada 14430W Aparatos de calefacción 4000W (Factor de demanda dado por la tabla 220-19 de la NTC2050) Horno-Estufa 2000W Calentador

2000W 4000W al 65%

............................

2600W

Alumbrado general 14430W-4000W=10430W (Factor de demanda dado por la tabla 220-11 de la NTC2050)


Curso de capacitación para eléctricos Primeros 3000W al 100%

....................................

3000W

10430W-3000W=7430W al 35%.......................................... Neto alumbrado...

2600.0W

Carga total

8200.5 W 3 * 208 V

2600.5W

4760.5W

Más lo de aparatos de calefacción

I

47

8200.5W



8200.5W 360V



22.79 A

La Acometida sería un número 10 AWG, pero según los requerimientos de la norma la acometida será No 8AWG.

Ahora con mucho cuidad observe el siguiente cuadro de cargas y compárelo con el diagrama unifilar mostrado en la hoja anterior y compruebe la correspondencia.

Desequilibrio, para ello se toma el valor más alto como referencia: L3  L1 

41.1 A  40.1 A X 100%  2.43% Desequilibrio aceptable por ser menor que 5% 41.1 A

L3  L2 

41.1 A  40.6 A X 100%  1.21% Desequilibrio aceptable por ser menor que 5% 41.1 A



48

EJERCICIOS

1. Elabore el cuadro de cargas, factor de demanda y el diagrama de conexiones del tablero de distribución monofásico trifilar para:  14 bombillos de 100W c/u.  18 tomacorrientes de 180W c/u.  4 tomas que corresponden al circuito de cocina de 1500W  2 tomas que corresponden al circuito de lavadora y plancha de 1500W  1 toma a 220V (F-N-F) para estufa de 4500W.  1 toma a 220V (F-F) para ducha de 3600W.

2. Elabore el cuadro de cargas, factor de demanda y diagrama de conexiones del tablero de distribución trifasicotetrafilar para una casa de dos pisos que tiene: Primer piso:     

24 tomas a 200W c/u. 20 bombillos incandescentes de 100W c/u. 5 tomas en cocina 1500W 2 tomas lavadora y plancha de 1500W 1 calentador trifásico de 3000W



49



50

DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Y DE POTENCIA



51

DIODO SEMICONDUCTOR

Cuando el voltaje tiene valores positivos de VD (VD > 0 V) el diodo se encuentra en el estado de circuito cerrado (R= 0 Ω ) y la corriente que circula a través de este esta limitada por la red en la que este instalado el dispositivo. Para la polaridad opuesta (VD < 0 V), el diodo se encuentra en el estado de circuito abierto (R= ∞ Ω ) e ID = 0 mA.



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TRANSISTORES



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69



70



71

TIPOS DE CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA

INTRODUCCIÓN



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85



86

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Y DE CORRIENTE DIRECTA.



87

Motores de cd y ca Las máquinas eléctricas son convertidores electromecánicos capaces de transformar energía desde un sistema eléctrico a un sistema mecánico o viceversa Flujo de energía como MOTOR MOTOR

Sistema Eléctrico

Maquina Eléctrica

Flujo de energía como

Sistema Mecánico

GENERADOR GENERADOR

MÁQUINAS ELÉCTRICAS

En los motores eléctricos las espiras rotativas del conductor son guiadas mediante la fuerza magnética ejercida por el campo magnético y la corriente eléctrica. Se transforma la energía eléctrica en energía mecánica.



88

Se basan en la ley de Faraday que indica que "en cualquier conductor que se mueve en el seno del campo magnético se generará una diferencia de potencial entre sus extremos, proporcional a la velocidad de desplazamiento".

Principio de funcionamiento de un generador

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DC

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un cable conductor inmerso en un campo magnético, la fuerza magnética produce un par el cual provoca el giro del motor



89



90

MOTOR AC

Como ocurre en los motores DC, la corriente circula por la espira, genera un par en el bobinado. Dado que la corriente es alterna, el motor girará suavemente a la frecuencia de la forma senoidal, denominándose motor asíncrono. El más común es el Motor de Inducción, donde la corriente eléctrica es inducida en los bobinados del rotor, más que alimentada directamente. El campo magnético es producido por un electroimán accionado por el mismo voltaje de C.A. como en el rotor. Los bobinados que producen el campo magnético se llaman tradicionalmente los "bobinados de campo" mientras los bobinados y el rotor que gira se llaman la "armadura". En un motor de C.A. el campo magnético varia sinusoidalmente, tal y como la corriente varíe en el bobinado.

MOTOR ASÍNCRONO O DE INDUCCIÓN:

Son los más utilizados en la industria. Estos motores tienen la peculiaridad de que no precisan de un campo magnético en el rotor alimentado con corriente continua como en los casos del motor de corriente directa o del motor síncrono. Una fuente de corriente alterna trifásica o monofásica alimenta al estator. El estator está constituido por un núcleo en cuyo interior existen p pares de arrollamientos colocados simétricamente en un ángulo de 120º. Son sometidos a una C.A. y los polos del estator se trasladan continuamente creando un campo giratorio.



91

La densidad de flujo distribuida sinusoidalmente, generada por las corrientes del estator, realizan un barrido en los conductores del rotor y generan una tensión inducida en ellos. El resultado es un conjunto de corrientes distribuidas sinusoidalmente en las barras cortocircuitadas del rotor. Si miramos las barras del rotor desde arriba tenemos un campo magnético moviéndose respecto al rotor. Esto induce una corriente muy elevada en las barras del rotor, que apenas ofrecen resistencia, pues están cortocircuitadas por los anillos finales. El rotor desarrolla entonces sus propios polos magnéticos, que se ven, por turnos, arrastrados por el campo magnético giratorio del estator.

POLOS POR FASE

El número de polos de un motor de CA no necesariamente coincide con el número de fases. Al indicar el número de polos de un motor se refiere a la “cantidad de polos por fase ”.



92

GIRO DEL FLUJO DE CAMPO

La distribución mecánica del flujo en un motor dependerá del instante de la señal sinusoidal de excitación. En la siguiente figura se muestra la distribución del flujo para un motor de cuatro polos, en los instantes 0°, 90° y 180°:

OBTENCIÓN DEL DESFASAJE

Puede notarse que, para operar el motor, es suficiente con alimentar ambos devanados con corrientes desfasadas entre sí.



93

INVERSIÓN DE GIRO

Una forma de poder lograr invertir el sentido de rotación del motor bifásico es la que se muestra en la siguiente figura:

ARRANQUE POR CAPACITOR

En realidad, después que el motor de jaula de ardilla comienza su rotación, no es necesario mantener la diferencia de fases para mantener el campo giratorio. Para eliminar la fase relacionada al capacitor de arranque, se puede usar un “switch” cen-trífugo, que interrumpe la circulación de corriente después de alcanzar una cierta velocidad de operación.



94



95

¿CUAL ES LA VELOCIDAD DEL MOTOR? n 

n s



n



f (T load )

Velocidad del flujo en el entrehierro n s

60  f



pp

120



f

rev / min

p

Deslizamiento: diferencia entre la velocidad de sincronismo y la velocidad de giro s

n  n s  n  s     

n s

 s

n s

 s

n is in rev/minute, and  is in radians/second

VELOCIDAD MECÁNICA n

s

n s

0 s max

1 T

st

n s



60 f pp



120

f p

T

max

Torque

rev / min



96

LA VELOCIDAD DEL MOTOR PARA MÁXIMA CARGA ES n



n s  (1  s)

 120 

f p

 (1  s) 

rev / min



97

El rotor intenta seguir en su movimiento al campo magnético B girando a velocidad w. La velocidad de giro w solo es igual aproximadamente ws cuando el motor está en vacío, es decir, sin carga en el eje (no realiza par). A medida que cargamos el motor, o sea, a medida que le exigimos más par en el eje, el motor disminuirá su velocidad girando entonces a una velocidad angular w
ω s = ω e/P Dónde: ω e es la frecuencia angular de la red de alimentación: ω e = 2πfe, P es el numero de pares de polos

De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores asincrónicos se clasifican en: MOTOR ASINCRÓNICO TIPO JAULA DE ARDILLA

Este es el rotor que hace que el generador asíncrono sea diferente del generador síncrono. El rotor consta de un cierto número de barras de cobre o de aluminio, conectadas eléctricamente por anillos de aluminio finales MOTOR ASINCRÓNICO DE ROTOR BOBINADO

El motor de jaula de ardilla tiene el inconveniente de que la resistencia del conjunto es invariable, no son adecuados cuando se debe regular la velocidad durante la marcha



98

FUNCIONAMIENTO COMO GENERADOR

Si hacemos girar el rotor de forma manual a una velocidad superior a la velocidad síncrona del generador, en ese caso el rotor se mueve más rápidamente que el campo magnético giratorio del estator, lo que significa que, una vez más, el estator inducirá una gran corriente en el rotor. Cuanto más rápidamente hagamos girar el rotor, mayor será la potencia transferida al estator en forma de fuerza electromagnética, y posteriormente convertida en electricidad suministrada a la red eléctrica

CONEXIONADO ARRANQUE-DETENCIÓN

El diagrama de conexionado típico de un motor de inducción trifásico es el que se muestra a continuación:

CONEXIONADO ARRANQUE-DETENCIÓN

La bobina MS de arranque del motor debe ser del voltaje adecuado a la alimentación de CA monofásica utilizada (por ejemplo, 220V). Al accionar momentáneamente el botón de arranque, se energiza la bobina MS, provocando el sello tanto de los contactos de trabajo pesado MS-1, MS-2 y MS-3 (permitiendo que la alimentación trifásica pase desde los terminales de línea, a través de los detectores térmicos de sobrecarga, hasta llegar a los terminales de carga y energizar el motor) como el utilizado para el conexionado de partida MS-4. Esto hará que, al soltar el botón de arranque, el motor permanezca energizado. Tanto por un aumento excesivo de la corriente como por una pulsación sobre el botón de paro, provocarán la detención del motor.



99

INVERSIÓN

La conexión de un motor trifásico, siguiendo el orden R-S-T, provocará una rotación del eje del motor en el sentido de las agujas del reloj. Para invertir la dirección de un motor de inducción trifásico, es necesario invertir la dirección del campo magnético giratorio. Esto se puede lograr conmutando la conexión de dos de los tres cables principales de potencia. Un circuito práctico sería:



100

VARIACIÓN DE VELOCIDAD



101

VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

Aumentando el número de polos de un motor se influye en la velocidad del motor, que se determina por la fórmula n f 

p 60

La frecuencia f a que trabaja un motor viene dada por el número de pares de polos p multiplicado por la velocidad del motor contado en r evoluciones por minuto (r.p.m.) Dividido por 60

Por tanto, si quiere saber a que velocidad en r.p.m. funciona un motor bastará con transformar la fórmula anterior en:

60

f

n p

El número de r.p.m., a que gira un motor, depende de la frecuencia de trabajo multiplicado por 60, dividido todo ello, por el número de pares de polos que tenga el motor.

CONMUTACIÓN DE POLOS

En consecuencia; la velocidad de giro de un motor no depende en nada del voltaje de funcionamiento, y como el valor de la frecuencia de red es inalterable, para cambiar la velocidad de un motor solo se puede hacer, cambiando el número de polos que tiene el motor. Los motores de dos velocidades, por tanto, llevan tomas intermedias de los pares de polo, a la caja de bornes; para que, con la ayuda de conmutadores especiales, poder alterar las entradas y salidas de la corriente a cada par de polos del motor. Consecuentemente el número de revoluciones se verá alterada por la posición del conmutador de polos. Todos los motores de dos velocidades, llevaran en la caja de bornes, el doble de conexiones de un motor de una sola velocidad. En la tabla I puede verse como los motores europeos, que trabajan a una frecuencia de 50 Hz, son más lento que los del continente americano que trabajan a 60 Hz; también se Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


102

observa, que para conseguir velocidades mayores, como por ejemplo; las que se necesitan en el radar, donde se emplean frecuencia de 400 Hz; con lo que se consiguen motores de rotor muy rápidos.

Nº Polos

Frecuencia.

(2p)

50 Hz

60 Hz

400 Hz

2

3000

3600

24000

4

1500

1800

12000

6

1000

1200

8000

8

750

900

6000

10

600

720

4800

12

500

600

4000

14

428

514

3428

16

375

450

3000

TABLA I VELOCIDAD DE LOS MOTORES DE C.A.

Cuanto más velocidad tenga un motor , y en consecuencia, ser menor el número de polos,más económico de precio será el motor, pues las dimensiones también son menores.

A igual velocidad las dimensiones del motor aumentan con la potencia que desarrolle.



103

VARIACIÓN DE FRECUENCIA

Hoy día ya es posible cambiar la velocidad e los motores, sin necesidad de variar el número de pares de polos; en la fórmula se observa que si el valor de la frecuencia en vez de tener un valor fijo de 50 o 60 Hz, se pudiera variar este valor; entonces se obtendría valores diferentes del número de r.p.m., del motor. Esto se realiza con los variadores de velocidad estáticos. Pequeños dispositivos electrónicos que se intercalan entre el interruptor y el motor; con el que fácilmente se puede actuar sobre la frecuencia para variar la velocidad del motor sin necesidad de complicados conmutadores de polos.

FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR DE VELOCIDAD

La corriente alterna trifásica es rectificada y convertida en corriente continua, y luego, en un circuito inversor, se vuelve a convertir en alterna trifásica. Para que la frecuencia pueda ser variable, no se llega a transformar del todo en una corriente lineal, una parte de esta corriente de entrada se filtra a un circuito intermedio que regula la salida. La relación entre el voltaje y la frecuencia debe de mantenerse constante para que el motor conserve su par de fuerza, independientemente de la velocidad. Esto quiere decir que se cambia la tensión y la frecuencia en la misma proporción. En la figura 2 se ha representado en esquema de bloques los cuatro circuitos principales que lleva un variador de velocidad: Rectificador, circuito intermedio, inversor y circuito de regulación.

Figura 2 Esquema de bloques del convertidor de frecuencia



104

TIPOS BÁSICOS DE CONVERTIDOR DE FRECUENCIA

El convertidor de frecuencia apareció a finales de la década de los sesenta del siglo pasado. En 35 años se ha desarrollado mucho los semiconductores y microprocesadores lo que ha supuesto una mejora importante en los convertidores de frecuencia. De los cuatro componentes principales el primero es el rectificador, que transforma la tensión trifásica de la red en tensión continua pulsatoria. Hay dos tipos básicos de rectificadores: Los regulados y los no regulados.

Figura 3 Rectificador regulador y rectificador no regulado

El segundo circuito intermedio puede ser puede ser de tres tipos diferentes: uno transforma la tensión la tensión del rectificador en corriente continua; otro tipo estabiliza la tensión pulsatoria de corriente continua y la envía al inversor y el tercer tipo transforma la tensión contante de corriente continua del rectificador en un valor variable. El tercer bloque es el inversor que controla la frecuencia y la tensión del motor. Existe otro tipo de inversor que también transforma la tensión constante de corriente continua en tensión variable de corriente alterna. El cuarto bloque está compuesto por un equipo electrónico que transmite señales tanto al rectificador como al circuito intermedio y al inversor. Esta parte del control dependerá de la configuración del convertidor de frecuencia. Los convertidores de frecuencia se pueden agrupar según el comportamiento del sistema que controla la alimentación del motor en: - Convertidor de frecuencia con modulación por amplitud de pulsos ( PAM) - Convertidores de frecuencia con modulación por anchura de pulsos ( PWM) - Inversores de fuentes de corriente (CSI) Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


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CONVERTIDOR DE FRECUENCIA CON MODULACIÓN POR AMPLITUD DE PULSO (PAM)

Básicamente representado en la figura 4, donde se aprecia los cuatro bloques que actúan sobre la frecuencia de salida para el motor

Figura 4 Convertidos de frecuencia PAM

La tensión y la frecuencia se hacen variar simultáneamente. El rectificador da una corriente continua fija, por lo que se aplica un transistor que conecta o suprime alternativamente la tensión de corriente continua fija dando una tensión variable después del filtro formado por una bobina y un condensador. La magnitud de la tensión de corriente continua variable depende del tiempo durante el cual el transistor da paso de corriente. El circuito de control y regulación mide y compara esta tensión con al entrada, si existe una diferencia, automáticamente se efectúa la regulación hasta que se obtenga una tensión correcta a partir del filtro. La frecuencia de la tensión de salida se hace variar en el inversor cambiando la duración del período. Durante un período, los tiristores se activan varia veces. La duración del período puede ser controlada: 1. Directamente por la señal de control. 2. Por la tensión de corriente continua variable, proporcional a la señal de control

Figura 5 Control de la frecuencia por el circuito intermedio



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Frenado El motor actuará como generador al ser impulsado por la carga. Si el motor está conectado directamente a la fuente de suministro, la energía generada se devuelve a la red y esto frena el motor. El convertidor de frecuencia tipo PAM no permite que eta energía producida sea devuelta a la red porque el rectificador la bloquea, llegando sólo hasta el circuito intermedio.

Ventajas de los convertidores de frecuencia PAM Relación entre tensión y frecuencia siempre constante, es decir, que el motor no puede pararse incluso aunque sea sobrecargado Muy apropiado para el funcionamiento en paralelo con otros motores Velocidad constante cualquiera que sea su carga El motor funciona de manera suave incluso a bajas velocidades A prueba de cortocircuitos Rendimiento muy elevado El motor funciona de manera silenciosa Frenado por resistencia

Inconveniente La energía de frenado no puede ser devuelta a la red eléctrica

CONVERTIDOR DE FRECUENCIA PAM CON RECTIFICADOR CONTROLADO

El convertidor de frecuencia con modulación por amplitud de pulsos puede ser también diseñado por rectificador controlado, como se ilustra en la figura 6.



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La tensión se controla por un rectificador controlado, con lo que es innecesario el transistor regulador, la frecuencia se controla directamente, independientemente de la tensión. Esto es perfecto en condiciones normales de funcionamiento; pero, si se alcanza el límite de la corriente y por tanto, si la tensión ha sido disminuida sin reducir simultáneamente la frecuencia, la tensión y la frecuencia dejan de ser proporcionales, el motor se parará mientras el inversor siga funcionando. Será preciso arrancar de nuevo. Para evitar que el límite de la corriente sea rebasado durante la aceleración, es preciso que la señal de control no cambie a una velocidad superior a la que el motor es capaz de seguir. Por tanto, el tiempo de aceleración debe ser ajustado para que se adapte a la carga. Con el rectificador controlado se obtiene la ventaja de que la energía de frenado del circuito intermedio puede ser devuelta a la red eléctrica. Sin embargo esto requiere un inversor de frenado con seis tiristores conectado en paralelo con el rectificador como muestra la figura 7

Figura 7 CONVERTIDOR DE FRECUENCIA PAM CON INVERSOR DE FRENADO



108

Ventajas de los convertidores de frecuencia PAM con rectificador controlado La energía de frenado puede ser devuelta ala red por medio de un inversor suplementario Apropiado para funcionamiento de motores en paralelo si la corriente de arranque de los motores no corresponde a la limitación de corriente (parada del motor) Buen rendimiento del sistema

Inconvenientes El rectificador controlado da lugar a importantes perturbaciones y pérdidas en la red de distribución El motor se para cunado el convertidor de frecuencia llega al límite de la corriente (aceleración rápida y cargas en cresta) Regulación de tensión actúa lentamente. Esto es desfavorable en caso de cortocircuito Indeseables oscilaciones periódicas del par a velocidades muy lentas



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CONVERTIDOR DE FRECUENCIA CON MODULACIÓN POR ANCHURA DE PULSO (PWM) El esquema básico de los convertidores PAM es el de la figura 8

Figura 8 CONVERTIDOR DE FRECUENCIA PWM

En esta figura se observa que la tensión continua es constante hasta e inversor. Esto significa que tanto la tensión como la frecuencia deben ser cambiadas en el inversor para que el motor pueda ser sometido a estas variaciones. La tensión se controla aplicando la tensión máxima al motor durante períodos más o menos largos. La frecuencia se controla aplicando impulsos positivos durante medio período e impulsos negativos durante el siguiente medio período.

El circuito de control establece los tiempos de activación y desactivación de los tiristores en los puntos de intersección entre la tensión senoidal y la tensión triangular



Figura

110

9

TENSIONES Y FRECUENCIAS MÁXIMAS PARA PWM

En la figura 9 las tensiones de regulador aplicadas a los tiristores para controlar la frecuencia de salida. La amplitud de la tensión senoidal y la amplitud de la tensión triangular determina la anchura de los impulsos de tensión que se aplican al motor.

Frenado Durante el frenado, el motor actúa como generador, pero la energía sólo vuelve hasta el filtro del circuito intermedio ya que el rectificador bloquea el paso. Por tanto, el frenado está limitado, a no ser que se extraiga la energía a partir del circuito intermedio. Si se sustituye el rectificador por dos puentes de tiristores conectados en antiparalelo, como en la figura 7, la energía puede ser devuelta a la red eléctrica aunque esto producirá algunas perturbaciones en la red de distribución y es de realización más costosa.

Ventajas de los convertidores de frecuencia PWM El motor funciona de manera suave, incluso a bajas velocidades Es posible realizar el frenado a través de un módulo de frenado Son apropiados para funcionamiento de motores paralelos sólo si la corriente de arranque de los motores no da lugar a la limitación de la Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


111

corriente (parada del motor) Buen rendimiento del sistema

Inconvenientes Motor ruidoso en razón de la forma de la curva de tensión Parada del motor cunado el convertidor de frecuencia llega a la limitación de corriente (Aceleración rápida y valor de cresta de la carga). La aceleración debe ser adaptada a la carga para evitar la limitación de la corriente

INVERSOR DE CORRIENTE (CSI)

El esquema básico es el de la figura 10, muy simplificada, donde se observa que el circuito intermedio es simplemente una bobina



112

Figura 10 CONVERTIDOR DE FRECUENCIA CSI

Al igual que los esquemas anteriores, este esquema, también está muy simplificado. Puede verse que no hay condensador en el circuito intermedio. La misión del condensador en los circuitos anteriores consistía en mantener la tensión constante a una frecuencia dada. Por tanto, la carga determinaba la corriente del motor. Aquí la situación es inversa. La tensión variable procedente del rectificador controlado se transforma por medio de la bobina en una corriente continua ajustable adaptada a la frecuencia. De esta forma, la carga es la que determina la tensión del motor. Mayores cargas, exigen tensiones de motor elevadas. El convertidor de frecuencia CSI no es apropiado para funcionamiento de motores en paralelo, pues los condensadores del inversor deben ser adaptados a la potencia del motor.

Frenado



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En este caso la energía de frenado es conducida directamente a la red de distribución eléctrica sin utilizar componentes suplementarios.

Ventajas de los convertidores de frecuencia CSI La energía de frenado puede ser devuelta a la red de distribución de electricidad sin componentes suplementarios El convertidor está a prueba de cortocircuitos porque funciona a corriente constante, incluso si ocurre un cortocircuito Buen rendimiento del sistema El motor funciona de manera silenciosa

Inconvenientes Utilización limitada en el caso de funcionamiento de motores en paralelo A velocidades lentas se producen indeseables variaciones periódicas del par El rectificador controlado genera importantes perturbaciones y pérdidas en la red de distribución de electricidad Reacción lenta a los cambios de carga



114

REGULACIÓN Y CONTROL ELECTRÓNICO DE MOTORES

1. INTRODUCCIÓN

Los motores, son las máquinas auxiliares de una máquina principal. La máquinaprincipal produce un trabajo con el auxilio de uno o varios motores. Los motoreseléctricos, se paran o se ponen en funcionamiento, obedeciendo a un mando manual o un programa preestablecido. Se detienen cuando se alcanza un nivel, o se ponen en marcha en el momento que un mecanismo está en una determinada posición. La puesta en marcha, o parada, de estos motores auxiliares, está controlados por los sensores o elementos de detección. Dependiendo de que sustancia hay que detectar los elementos que entran en la regulación de los motores serán totalmente distintos en su construcción, en el aspecto físico, y en principio de funcionamiento. 2. REGULACIÓN DE MOTORES Los puntos de regulación de un motor son diferentes, dependiendo del momento de funcionamiento. Durante el arranque, el motor tiene que vencer la inercia que supone su peso, hasta alcanzar la velocidad de funcionamiento, en este tiempo, consume de tres a cuatroveces mas, de su consumo normal. Una vez alcanzada la marcha normal, el consumo disminuye; durante la marcha, sepuede presentar el caso de que sea necesario variar la velocidad.

Al final cuando se desea parar el motor, se corta el suministro y el motor se para, peroel motor lleva una inercia y hace que se pare después de pasado un tiempo. Estos tres estados de funcionamiento se regulan de forma diferente. 3. REGULACIÓN DURANTE EL ARRANQUE

Se denomina arranque, al tiempo que transcurre desde la parada hasta suvelocidad de funcionamiento. La puesta en tensión directa de cualquier receptorpuede provocar riesgos eléctricos, como puntas de corriente, caída de tensión, a los que se añaden los de una máquina en movimiento, como golpes o desplazamientos. Se dice que un motor arranca en directo, cuando se aplica a sus bornes, de forma directa, a la tensión de trabajo. Suponiendo que el motor arranca en carga, el bobinado tiene que soportar una intensidad de corriente superior a la normal de trabajo, dependiendo de la carga, y de la masa inerte del motor, la intensidad nominal In se incrementa entre tres y cuatro veces, pudiendo llegar a ser hasta Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


115

ocho veces la nominal. En la figura 1 puede verse la curva de la intensidad de corriente absorbida por unmotor durante el arranque.

Figura 1 CORRIENTE DE ARRANQUE DIRECTO

La ventaja del arranque directo es conseguir un elevado par de arranque, que puede llegar a 1,5 veces la potencia nominal. En el arranque directo se emplean los contactores, y se utiliza siempre que la potencia del motor sea menor de 3 CV = 2 Kw y arranque en carga, si arranca en vacío se llega hasta 4 CV = 3 Kw. Si en lugar de un motor, son varios los que arrancan y paran de forma intermitente, se tendrá un problema importante cuando se trata de motores superiores a los 3 Kw. En estos caso se acude a sistemas de arranque que disminuyan el consumo aunque suponga una menor potencia en el momento del arranque (el momento de arranque puede durar como máximo a tres minutos , en la mayoría de las veces, suele ser de medio minuto)



116

Para reducir la intensidad adsorbida durante el arranque, tradicionalmente, se ha venido utilizado los arrancadores como:

Estrella triángulo Resistencias estatóricas Autotransformadores

Figura 3 ARRANCADOR ESTRELLA TRIÁNGULO



117

En la figura 4 puede verse la curva comparada de la intensidad de corriente absorbida por un motor durante el arranque directo y con arrancador estrella triángulo (trazo grueso).

Figura 4 CURVAS DE CORRIENTE DURANTE EL ARRANQUE



118



119

A estos sistemas hay que añadir un sistema nuevo, el arrancador progresivo, que utiliza un solo contactor , con otra ventaja añadida, que es estático y por lo tanto, sindesgaste mecánico. Aunque, de momento, su precio es superior al sistema tradicional.

El arrancador estático, permite el arranque de motores, aplicando una tensión progresiva, con lo que, se limita la corriente del par de arranque.

4. VARIACIÓN DE LA VELOCIDAD DE FUNCIONAMIENTO

Puede darse dos casos distintos: que se desee variar la velocidad o que se quiera regular la velocidad. No es lo mismo regular, que variar, aunque suceda al mismotiempo. -

Un variador puede no ser a la vez un regulador . Es un sistema que posee unmando con amplificación de potencia pero no tiene bucle de retorno. “Se llama de bucle abierto”. No es un sistema enclavado .

El valor de la salida evoluciona poco a poco en función de las perturbaciones. La zona de velocidad se expresa en función de la velocidad nominal. Un regulador es un sistema enclavado , posee a la vez:

Un sistema de mando con amplificación de potencia.

Un sistema "de retorno" o "de bucle cerrado". Así, la magnitud de la salida (tensión, corriente, potencia, velocidad, aceleración, posición, etc.), se compara a la magnitud de entrada, llamada consigna o referencia.



120

Si la consigna es variable, el sistema es a la vez variador y regulador .

El regulador está dotado de una cierta precisión (generalmente expresada en % del valor nominal de la magnitud a regular) que hace la salida prácticamente independiente a las perturbaciones (variaciones de la tensión de alimentación, de la carga, de la temperatura, etc.)

Figura 5 VARIADOR DE VELOCIDAD

5. REGULACIÓN DE LA PARADA

En muchos casos, resulta necesario el paro instantáneo de elementos de rotación. Se utilizan tres sistemas distintos para conseguir el frenado:



121

Frenos mecánicos, llamados electrofrenos. Freno por contracorriente, desconexióninmediata.

con

inversión

brusca

del

giro

y

Frenado por corriente continua, alimentando dos fases con corriente continuainmediatamente después de la desconexión.

6. FRENADO DE PARADA.

Deceleración de la velocidad establecida hasta la velocidad nula por aplicación de un par de frenado controlado o no. Por ejemplo, para una “parada de emergencia”,

se frena por todos los medios lo más rápidamente posible, sin controlar los fenómenos de deceleración.

Figura 6 FRENO PARA EL EJE DEL MOTOR

7. INVERSIÓN DEL SENTIDO DE MARCHA SIN FRENADO.

Posibilidad de mandar el otro sentido de marcha, habiendo realizado una inversión a una velocidad nula, después de deceleración sin frenado eléctrico.



122

8. INVERSIÓN DEL SENTIDO DE MARCHA CON FRENADO

Posibilidad de mandar el otro sentido de marcha y obtener una inversión rápida con frenado eléctrico, deceleración y la aceleración controladas.

9. FRENADO DE RALENTIZAMIENTO.

Deceleración de la velocidad establecida hasta una velocidad intermedia por aplicación de un par de frenado controlado.

10. LOS PRINCIPALES MODOS DE FUNCIONAMIENTO

Unidireccional Un dispositivo de conversión en electrónica de potencia es llamado unidireccional si solo permite el paso de la energía en el sentido red receptor . No permite pues un frenado estático de ralentizamiento ni una inversión estática Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


123

del sentido de marcha. Sin embargo, un frenado de parada puede ser ejecutado desconectando el motor de la red y conectándolo, por un dispositivo distinto, a una resistencia que disipará la energía almacenada en las piezas en movimiento.



124

Reversible (llamado también "bidireccional") Un dispositivo de conversión en electrónica de potencia es llamado reversible cuando autoriza el transfert de la energía en los dos sentidos red receptor . Un frenado puede entonces ser ejecutado mandando a la red de alimentación toda o parte de la energía almacenada en las piezas en movimiento. Estos transfert se pueden hacer:

Bien por el mismo bloque rectificador, los acoplamientos del motor se efectúan por contactores. Es un reversible por contactores. O bien por dos bloques rectificadores distintos, (llamados también "antiparalelo"). Es un reversible estático.

Puente mixto- Puente completo

Los semiconductores de potencia están montados en puente de Graetz.

El puente es llamado mixto cuando está compuesto a la vez de semiconductores controlados (tiristores- transistores) y semiconductores no controlados (diodos).



125

Tal puente solo puede transmitir la energía en un solo sentido.

Van provistos de uno o varios diodos llamados de descarga o de rueda libre.

El puente es llamado completo cuando está enteramente compuesto de semiconductores controlados. Tal puente es apto para transmitir la energía en losdos sentidos.

Figura 10 CONTACTOR ESTÁTICO UNIPOLAR



126

11. REGULADOR DE VELOCIDAD

Un dispositivo de conversión en electrónica es llamado regulador cuando suministra, a partir de una red monofásica o trifásica, una tensión alterna de valor eficaz variable y de frecuencia fija, la de la red, por modulación del ángulo de cebado de los semiconductores. Estos últimos se acoplan y se montan en oposición y colocan en una fase de la red.

Par constante, potencia constante

La zona de funcionamiento es llamada par constante cuando el motor suministra elpar nominal cualquiera que sea la velocidad.

La zona de funcionamiento es llamada a potencia constante cuando el motor puede suministrar un par de inversión proporcional a la velocidad angular. Es el caso, por ejemplo, de un enrollador axial cuya velocidad angular debe disminuir continuamente a medida que aumenta el diámetro de enrollamiento por acumulación del material. Es igualmente el caso del plato de un torno vertical durante el desbastado de una cara horizontal de la pieza: La velocidad angular debe aumentar regularmente a medida que el útil se acerca al centro.



127

El número de aplicaciones que requiere un funcionamiento a potencia constante es relativamente pequeño.

Carga arrastrante

Una carga es llamada arrastrante cuando provoca una velocidad superior a lavelocidad de consigna. Por ejemplo, el viento sobre los movimientos horizontales deuna máquina de manutención, instalada al aire libre y la gravedad sobre un movimiento de elevación son cargas arrastrantes permanentes.

Cuadrantes de funcionamiento

La repartición de las masas puede provocar los mismos efectos: es el caso, por ejemplo, del de una pieza en rotación que es arrastrante sobre la mitad de cada vuelta.

Conclusión: Los diversos funcionamientos pueden ser caracterizados de la siguiente manera: Cuadrantes 1 y 3 -Marcha en motor (la máquina giratoria suministra una potencia mecánica). Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital| Continental Tire


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Cuadrantes 2 y 4 -Marcha en frenado la máquina giratoria absorbe una potencia mecánica.



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El mando de las cargas resistivas

Se efectúa por regulador con tiristores. Va provisto de 2 tiristores montados. Colocado en una fase de la red, permite alimentar una carga resistiva en el momento del encendido de los tiristores.

El mando de los tiristores se efectúa por tren de ondas enteras. El momento inicial de cada ciclo de trabajo es síncrono con la tensión red. La duración de un tren de ondas es de 2,5 s. En este período la gestión del número de ondas enteras de corriente, para obtener la regulación de temperatura deseada, se asegura por el regulador asociado a otro regulador.



130

Sectores de aplicación

El conjunto de los productos electrónicos de potencia, se compone de tres familias: Los variadores de velocidad para: 

Motores de corriente continua: ofrecen una gran precisión y una larga gama de velocidad, así como grandes posibilidades de adaptabilidad;



Motores asíncronos estándar, robustos y sin mantenimiento.



Motores asíncronos de jaula resistente o de anillos, destinados principalmente al arrastre de los ventiladores.



Los arrancadores para motores asíncronos estándar aseguran una limitación de la corriente de llamada y permiten realizar un ahorro sobre la mecánica arrastrante.



Los reguladores por tren de ondas enteras, para electrotermia resistiva.

Los criterios de elección o valores de uso más determinantes, frente a una máquina a equipar, deben conducir a una solución más económica. Solo el estudio profundo de la aplicación permite definir la elección de la solución óptima.

“La electrónica de potencia” está presente en todos los sectores de actividades y la

tabla más abajo indica algunas de las aplicaciones más corrientes.



131

Variadores de velocidad

Por tren de Arrancador Corriente

Aplicaciones

Jaula de ardilla Corriente alterna

continua

ondas progresivo

Bobinado

Cargas Normal resistivas

Apropiado

Ventilación

Apropiado

Apropiado

Bombas

Apropiado

Apropiado

volumétricas

Bombas centrífugas

Apropiado

Apropiado

Apropiado

Apropiado

Cintas Apropiado transportadoras

Escaleras

Apropiado mecánicas

Máquinas cíclicas

Apropiado

Compresores

Apropiado

Apropiado

Apropiado

Trituradoras, Apropiado arranque en vacío

Cadenas de Apropiado

Apropiado

producción

Enrolladores

Apropiado



132

Desenrolladores

Calefacción

Apropiado resistiva

TABLA DE APLICACIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD

12. VARIADORES DE VELOCIDAD. Características generales Los variadores de velocidad son convertidores de frecuencia destinados a la alimentación de los motores asíncronos normalizados, en una gama de potencia muy alta de 90 W a 90 Kw. Funcionan según el principio de modulación de longitud de impulsos (PWM Sinus) por segmentación de una tensión continua fija. Esta técnica asegura una rotación regular y sin sacudidas de los motores, incluso a velocidad muy baja, gracias a una forma de corriente de salida muy cercana a la sinusoide.


Principio

º

Los variadores de velocidad han sido concebidos para las aplicaciones donde los criterios de economía y de robustez tienen una gran importancia. Comprenden principalmente:

Un rectificador constituido por una fuente de tensión continua elaborada apartir de un puente rectificador alimentado por una red monofásica o trifásica, y de un circuito de filtrado.

Un ondulador constituido por 6 transistores de potencia. Este ondulador está compuesto por uno o tres módulos aislados según el calibre, y crea, a partir de la tensión continua fija, una red alterna trifásica a tensión y frecuencia variables.

Estos productos están pilotados por una unidad de control que, organizada alrededor de un microprocesador , asegura las funciones de mando de los componentes de potencia, de diálogo, de protección y de seguridad. La utilización de tecnologías modernas (componentes de potencia integrados, microcomponentes, control de microprocesador) ha permitido una disminución sensible del volumen de estos productos.

13. ARRANCADORES PROGRESIVOS.

Generalidades Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

El arrancador es un regulador de 6 tiristores que permite el arranque y la parada controlada de los motores asíncronos trifásica de jaula, de 3 a 800 Kw.

FIGURA 8-20. - ARRANCADOR PROGRESIVO

Asegura :

El control de las características de funcionamiento, principalmente durante los períodos de arranque y parada.

La protección térmica del motor y del arrancador. Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

La protección mecánica de la máquina arrastrada por supresión de los golpes de par y reducción de la corriente de llamada. Para las aplicaciones sencillas y los pequeños motores hasta 7,5 Kw (a 380 V), es un arrancado económico.

Constitución

Está constituido esencialmente de dos partes:

Un módulo potencia provisto de tiristores con enfriadores, los circuitos decebado, de lectura corriente y según el calibre, un ventilador.

Un módulo de mando y de protección electrónica, basado en microprocesador.

Principales funcionalidades

Comprende:

Tres posibilidades de arranque:

Una rampa de aceleración regulable de 1 a 30 s.

Una limitación de corriente regulable, de 2 a 5 In, para las máquinas de gran inercia.

Una rampa y limitación combinadas para controlar el par en el arranque.

En las tres posibilidades de arranque, es posible obtener un sobre-par intempestivo, llamado “impulso adicional”.

Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

Tres modos de parada:

Parada libre por corte de alimentación, Parada decelerada en rampa regulable de 2 a 60 s Parada frenada "tipo inyección de corriente continua".

Tres protecciones integradas:

Protección térmica del motor con alarma.Protección térmica.

Detección y señalización de defectos: desequilibrio y ausencia de fases,defecto tiristores,...

Aplicaciones

Se utiliza en la mayoría de los sectores industriales: siderurgia, agro-alimentaria, terciario, transportes, bancos, textil, etc. Algunos ejemplos: ventiladores, bombas, compresores (arranque en vacío), cintas transportadoras, rotativas, imprenta, escaleras mecánicas, máquinas textiles.

Elección del calibre Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

La elección se efectúa en función de la tensión de la red y de la potencia normalizada del motor. Este acercamiento resuelve la mayoría de los casos.

Sin embargo, en el caso de esfuerzos particulares, por ejemplo débil llamada de corriente o máquina de gran inercia, el conocimiento de las características eléctricas y mecánicas es indispensable: Par resistente en función de la velocidad de la máquina arrastrada así como la inercia de las piezas en movimiento. Características del par y corriente en función de la velocidad del motor. Estos datos están tratados en un programa específico. La elección correspondiente a estos datos específicos se determina por software especializado.

Variación de velocidad por control de Fase para CA.


Ejemplo

Para valores de R1=5K, RL=403, R2=1M y C=.01uF

∅ = tan−1 2 ∗ 60 ∗ 5 + 403 ∗ 0.01  = 1.166° ∅ = tan−1 2 ∗ 60 ∗ (5 + 403 + 1) ∗ 0.01  = 75.22°


INSTRUMENTACIÓN ELÉC TRICA Y MEDICIÓN DE VARIABLES INDUSTRIALES


• •

Generalidades Principios de funcionamiento: • Medidor de presión • Medidor de caudal • Medidor de nivel • Medidor de temperatura • Otras variables • Elementos finales de control • Calibración de transductores  Control e Instrumentación en la Industria Instrumentación

y Control



Es la parte de la ingeniería responsable de definir el nivel de automatización de cualquier planta o instalación industrial, la instrumentación de campo y el sistema de control para un buen funcionamiento del proceso, dentro de la seguridad para los equipos y personas, de acuerdo a la planificación y dentro de los costos establecidos y manteniendo la calidad.

Otro concepto más técnico, diría que la instrumentación y control son aquellos dispositivos que permiten:




Capturar variables de los procesos.



Analizar las variables de los procesos.



Modificar las variables de los procesos.



Controlar los procesos.



Traducir los procesos a unidades de ingeniería.

En la actualidad un ingeniero o técnico de esta especialidad debe tener una combinación de ciertos conocimientos que la gran mayoría de las veces se adquieren con una buena base de formación y sobre todo con experiencia. Grandes autoridades en el mundo de la Instrumentación como Bela G. Liptak, menciona en su libro “InstrumentEngineersHandbook” frases como: 





“Antes de poder controlar un proceso en necesario comprenderlo”

“Un ingeniero de control es un buen profesional si dice lo que la gente necesita conocer, no lo que la gente quiere oir”

“Si un instrumento está mal instalado tendrá problemas tanto de mantenimiento, como de calibración y respuesta

Haciendo un poco de historia, la instrumentación y el control nace de la necesidad de: 

Optimizar los recursos humanos, materias primas, y productos finales.



Producir productos competitivos con un alto rendimiento.



Producir productos con características repetitivas .



Fomento del Ahorro Energético. Fomento de la Conservación del Medio Ambiente.



En los inicios de la industria, todas estas operaciones se llevaban de una manera manual utilizando instrumentos sencillos como pueden ser manómetros, termómetros, columnas manométricas, válvulas manuales, etc. Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

Esta forma de medir y controlar un proceso era totalmente manual y localizada en el área de proceso.

Este tipo de control tiene unos inconvenientes como son: • Simplicidad de los procesos. Difícil evolución debido al difícil control. • Poca repetibilidad de los productos finales. • Pérdidas energéticas. • Necesidad de muchos operadores.


Debido a las necesidades de mejora continua, los procesos se han ido desarrollando progresivamente lo que ha exigido que el grado de automatización de las instalaciones haya evolucionado en consecuencia. El siguiente paso fue el centralizar los instrumentos antes mencionados (termómetros, manómetros, etc.) en un panel centralizado.

De esta manera el proceso pasa a ser automático y localizado fuera del área de proceso. Tiene como ventajas:    

Reducción de operadores Mayor precisión. Ahorro Energético. Mejor producto final.




Generalidades

Instrumento Exactitud: Es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas

próximas al verdadero valor de la magnitud medida.

Precisión: Medida de la reproducibilidad de las mediciones; estos es, dando el valor fijo de una

variable, la precisión es una medida del grado con el cual las mediciones sucesivas difieren una con la otra. Sensibilidad: Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que

lo ocasiona, después de haberse alcanzado el estado de reposo. Por ejemplo 0.5mA c.c. / bar Resolución: La menor diferencia de valor que el dispositivo puede distinguir.

Error: Es la diferencia algebraica entre el valor medido o entregado por el instrumento y el

valor real de la variable medida.

Se acostumbra a expresar estas características de los instrumentos en %


ElectrónicaAnalógica

• • • • • • •

Amplificadores Atenuadores Filtros Mezcladores Convertidores Etapas de potencia Operaciones matemáticas

La electrónica analógica es una parte de la electrónica que estudia los sistemas en los cuales sus variables; voltaje, corriente, etc. Varían de una forma continua en el tiempo Teoría de Control

• • • • •

Modelos matemáticos Análisis de sistemas Diseño de Controladores Filtros especializados Sistemas de control

Un sistema de control es un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados. Instrumentación


Instrumentación industrial:

Es el grupo de elementos que sirven para medir, controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar los recursos utilizados en este. Un sistema de instrumentación electrónico consiste de varios componentes que se utilizan para realizar una medición y registrar el resultado. Por lo general consta de tres elementos principales: un elemento de entrada (transductor), un acondicionador de señal y un dispositivo de salida. Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente a la salida. El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza, algunos de ellos son: Transductor electroacústico , electromagnético, electromecánico, electroquímico, electrostático, fotoeléctrico, piezoeléctrico, radioacústico.

El micrófono es un transductor electroacústico. Su función es la de traducir las vibraciones debidas a la presión acústica ejercida sobre su cápsula por las ondas sonoras en energía eléctrica, lo que permite por ejemplo grabar sonidos de cualquier lugar o elemento


El transductor es el mecanismo que convierte el sonido en señales eléctricas dentro de un micrófono. Como verás ahora, hay diferentes tipos de transductores, y son los que definen en gran medida las características del micro.

El transductor es el mecanismo que convierte el sonido en señales eléctricas dentro de un micrófono. Como verás ahora, hay diferentes tipos de transductores, y son los que definen en gran medida las características del micro. Un acondicionador de señal es el encargo de amplificar, filtrar y dar formato a la señal del transductor para que sea compatible con el dispositivo de salida. El dispositivo de salida puede ser un simple indicador, un registrador o inclusive un controlador dependiendo de la complejidad del instrumento. En instrumentación industrial es común encontrar unos dispositivos llamados transmisores, cuya función es captar la variable del proceso y la trasmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o una combinación de estos. Existen varios tipos de señales de transmisión: neumática, electrónica, digital, hidráulica y telemétrica. Los transmisores neumáticos generan una señal neumática variable linealmente de 3 a 15 psi para el campo de medida de 0 a 100 % Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

Los transmisores electrónicos generan una señal eléctrica variable linealmente de 4 a 20 mA para el campo de medida de 0 a 100 % La señal digital consiste en una serie de impulsos en forma de bits. Los bits pueden tener dos valores, el 0 ó el 1 y representa el paso o no, de una señal eléctrica por un conductor. Representación binario de los valores 4,12 y 20mA 00000000, 01111111, 11111111 Las señales hidráulicas se utilizan ocasionalmente cuando se requieren de grandes potencias y las telemétricas cuando hay distancias de varios kilómetros entre el transmisor y receptor. 

Clases de instrumentos




Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas, adaptándolas para que las puedan interpretar otro dispositivo. Los sensores pueden estar conectados a una computadora para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc. Un sensor forzosamente lleva un transductor, sin embargo, no todos los transductores son sensores. Un sensor es un instrumento que no altera la propiedad sensada. Por ejemplo, un sensor de temperatura sería un instrumento tal que no agrega ni cede calor a la masa sensada, es decir, sería un instrumento que no contacta la masa a la que se debe medir la temperatura (un termómetro de radiación infrarroja, p.e.) Por su parte el transductor es un instrumento que convierte una forma de energía en otra (o una propiedad en otra). Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

Por ejemplo, un generador eléctrico en una caída de agua es un transductor de energía cinética de un fluido en energía eléctrica. Los transductores siempre retiran algo de energía de la propiedad medida, de modo que al usarlo para obtener la cuantificación de una propiedad en un proceso, se debe verificar que la pérdida no impacte al proceso sensado en alguna magnitud importante.

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Controladores

Un sensor forzosamente lleva un transductor, sin embargo, no todos los transductores son sensores.  Instrumentación en los procesos industriales (Lazo abierto) 

Sistema de control de lazo abierto:

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Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada.


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Instrumentación en los procesos industriales (Lazo abierto con controlador)

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Instrumentación en los procesos industriales (Lazo cerrado)

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Sistema de control de lazo cerrado

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

acción de control en consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:  

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Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre. Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es capaz de manejar. Vigilar un proceso es especialmente duro en algunos casos y requiere una atención que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.

Instrumentación en los procesos industriales (Lazo cerrado)

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Ejemplo


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Medida del fenómeno

En todo proceso tenemos diversas variables, las cuales afectan las entradas o salidas del proceso. Temperatura, nivel, flujo, presión, son las variables más comunes en los procesos industriales, las cuales son monitoreadas y controladas por medio de la instrumentación del proceso. El entendimiento del comportamiento de las variables de proceso involucradas en una medición permite una adecuada selección de la instrumentación a ser implantada en un proceso industrial.  Medidores de presión La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi. (libras por pulgada cuadrada)


Ejercicios de conversión 2.7 Bar  pascales, psi y kg/cm2 150psi  pascal, bar, kg/cm2 37Mpas pascal, bar, psi y kg/cm2

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Tipos de Presión


Presión absoluta

se mide con al cero absoluto de presión

Presión atmosférica

es la presión ejercida por la atmósfera terrestre medida mediante un barómetro

Presión relativa

es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición

Presión diferencial

es la diferencia entre dos presiones

Vacío

es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión ,medida por debajo de la atmosférica

Representación de presiones


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Tipos de Medidores de Presión

Mecánicos Primario de Medida Directa Primarios Elásticos Electromecánicos Transmisores electrónicos de equilibro de fuerza Resistivos Magnéticos Capacitivos Extensiométricos Piezoeléctricos Neumáticos Utilizan elementos mecánicos con desplazamiento de gases Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

Electrónicos Mecánicos Medidor McLeod Térmicos Ionización Transductor inductivo

Transductor Resistivo


Transductor InductivoTransductor Magnético

Núcleo Magnético en un Campo electromagnético Núcleo Magnético en un Campo Magnético

Transductor Capacitivo Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas.


Medidores de caudal


Otros sensores Magnitud

Posición lineal o angular

Transductor

Característica

Potenciómetro

Analógica

Encoder

Digital

Sensor Hall

Digital

Transformador diferencial Analógica de variación lineal Desplazamiento deformación

y

Velocidad lineal y angular

Galga extensiométrica

Analógica

Magnetoestrictivos

A/D

Magnetorresistivos

Analógica

LVDT

Analógica

Dinamo tacométrica

Analógica

Encoder

Digital

Detector inductivo

Digital

Servo-inclinómetros

A/D

RVDT

Analógica

Giróscopo Acelerómetro Aceleración

Analógico

Servo-accelerómetros Galga extensiométrica

Analógico


sensores de presencia

Triaxiales

A/D

Membranas

Analógica

Piezoeléctricos

Analógica

Manómetros Digitales

Digital

Turbina

Analógica

Magnético

Analógica

Termopar

Analógica

RTD

Analógica

Termistor NTC

Analógica

Termistor PTC

Analógica

[Bimetal - Termostato ]]

I/0

Inductivos

I/0

Capacitivos

I/0

Ópticos

I/0 y Analógica

Matriz de contactos

I/0

Piel artificial

Analógica

Cámaras de video

Procesamiento digital

Cámaras CCD o CMOS

Procesamiento digital

Sensores táctiles

Visión artificial Sensor de proximidad

Sensor final de carrera


Sensor capacitivo Sensor inductivo Sensor fotoeléctrico

Sensor acústico (presión sonora)

micrófono

Sensores de acidez

IsFET Fotodiodo Fotorresistencia

Sensor de luz Fototransistor Célula fotoeléctrica Sensores captura de movimiento

Sensores inerciales

Actuadores finales Un servomotor es un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en posición.

¿Por qué

calibrar?

Su manómetro está leyendo un pascal (Pa) (o un bar o un psi), o bien, su termómetro está leyendo un grado Celsius (ºC) (o un grado Fahrenheit o un kelvin). Instituto Tecnológico Superior de San Luis Potosí, Capital. | Continental Tire

¿Cómo sabe usted que la presión es realmente un pascal o que la temperatura es realmente un grado Celsius?. ¿Es necesario atender esto? La única forma para saber si su lectura es correcta, es si el instrumento esta calibrado con un patrón de referencia reconocido.

El costo de no atender esto puede llegar a ser desastroso. La calibración y trazabilidad son cruciales para una empresa, principalmente en las actividades de producción, desarrollo e investigación, las razones principales de la importancia de la calibración son:    

Transferencia de procesos Repetibilidad del proceso Intercambio de instrumentos Cumplimiento del sistema de calidad

La Calibración de un instrumento es el acto de comparar las unidades fundamentales de medida del instrumento con otro instrumento. Esta comparación de instrumentos es capaz de dar una lectura más precisa del mismo estímulo medido y que ha sido comparado con un instrumento más preciso. Esta cadena cada vez más estricta de comparaciones está sujeta a organismos nacionales o internacionales.



INSTRUMENTACIÓN NEUMÁTICA.


NEUMÁTICA Conceptos básicos, elementos y esquemas

CONCEPTOS BASICOS

La neumática constituye una herramienta muy importante dentro del control automático en la industria, enumeramos aquí los conceptos más importantes destinados a técnicos de mantenimiento.

De los antiguos griegos procede la expresión "Pneuma", que designa la respiración, el viento y, en filosofía, también el alma.

Como derivación de la palabra "Pneuma" se obtuvo, entre otras cosas el concepto Neumática que trata los movimientos y procesos del aire.

En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotación industrial sin el aire comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales más variados se utilicen aparatos neumáticos.


Ventajas de la Neumática

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El aire es de fácil captación y abunda en la tierra El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas. Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente regulables El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete. Los cambios de temperatura no afectan en forma significativa. Energía limpia Cambios instantáneos de sentido

Desventajas de la neumática

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En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas Altos niveles de ruido generados por la descarga del aire hacia la atmósfera


FUNDAMENTOS Y LEYES BASICAS

Magnitudes y unidades


Ecuación de los gases perfectos


Ley de Boyle –Mariotte

El volumen es inversamente proporcional a la presión: Si la presión aumenta, el volumen disminuye. Si la presión disminuye, el volumen aumenta. • •

P1 · V1 = P2 · V2;

T = cte


Leyes de Charles- Gay Lussac

El presión del gas es directamente proporcional a su temperatura: Si aumentamos la temperatura, aumenta la presión. Si disminuimos la temperatura, disminuye la presión. • •

P1 / T1 = P2 / T2;

V = cte


ELEMENTOS DE UNA INSTALACION NEUMATICA

Instalación neumática básica

PRODUCCIÓN Y TRATAMIENTO DE AIRE COMPRESOR. MOTOR ELÉCTRICO. PRESOSTATO. VÁLVULA ANTIRETORNO. DEPÓSITO. MANÓMETRO. PURGA AUTOMÁTICA. VÁLVULA DE SEGURIDAD. SECADOR DE AIRE REFRIGERADO. FILTRO DE LÍNEA. • • • • • • • • • •

CIRCUITO DE UTILIZACIÓN TOMA DE AIRE. PURGA AUTOMÁTICA. UNIDAD DE MANTENIMIENTO: FRL. VÁLVULA DIRECCIONAL. ACTUADOR. CONTROLADORES DE VELOCIDAD. • • • • • •


Compresores alternativos

Compresores rotativos


Conducto principal en línea abierta

Conducto principal en anillo


Componentes principales de un circuito neumático


Unidad de mantenimiento


Válvulas distribuidoras

Válvulas distribuidoras

Válvula 2/2

Válvula 3/2

Válvula 4/2

Válvula 5/2

Válvula 5/3


Nomenclatura: Vías y posiciones.

Código de las vías de una válvula


Accionamiento de las válvulas


Válvulas reguladoras, de control y de bloqueo


Actuadores


Cilindro de simple efecto

Cilindro de doble efecto


Fuerza que ejerce el vástago

Métodos de fijación de cilindros


Aplicación de cilindros




Realización del esquema

NIVEL

COMPONENTE

EJEMPLOS

6º

Elementos de trabajo

Cilindros, motores neumáticos

5º

Elementos de regulación de velocidad

Reguladores de caudal unidireccional

4º

Elementos de potencia

Válvula distribuidora para el cilindro

3º

Elementos de tratamiento de señal

Selectores de función “O” e “Y”

2º

Elementos de entrada de señal

Microválvulas acc. manual, final de car

1º

Fuente de alimentación de energía

Unidad de mantenimiento


Numeración de elementos


Temporizadores

Diagrama de movimientos


Representación de secuencias. Mecanismo de plegado


Representación de secuencias. Mecanismo de conformado.


Representación de secuencias. Mecanismo de curvado.


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