Informe de Ingenieria Electrica

JULIO 2017 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FIGMM INGENIERIA ELECTRICA

ENCENDIDO DE UNA LAMPARA FLUORESCENTE SISTEMA DE CONMUTACIÓN ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR MOTOR ELECTRICO PROFESOR: Integrantes Ing. Juan Carlos Guerrero Villalba

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Del Pino Alvarez, Lenin

20140376H

Chaca Hermenegildo, Junior Moises

20152027C

Osorio Chumpitaz, Jorge Enrique

20105515E

López Bazán, Miguel Angel

20120164E

Aguilar Aymachoque, Abel Benigno

20140465K

Aquino Pinto, Henry Andres

20132160J

León Samaniego, Yeyson Omar

20152050E

INGENIRIA ELECTRICA

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OBJETIVOS

Construcción de diferentes circuitos eléctricos en el laboratorio, tales como: 

Encendido de una lámpara fluorescente a través de conmutadores



Arranque directo de un Motor Eléctrico usando

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LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRICA

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RESUMEN Este laboratorio que está dividido en dos partes: Encendido de una lámpara fluorescente utilizando un sistema de conmutación y arranque directo de un motor eléctrico ; Primero, armando un sistema que nos permitió el encendido de un tubo fluorescente, pero utilizando un sistema de conmutación que nos servirá para prender o apagar el fluorescente desde dos puntos diferentes. Se tomó datos de los voltajes en el balastro, lámpara y de la fuente para poder distinguir que es lo que pasa con la potencia en el sistema. La segunda parte del laboratorio se realizó primero el circuito de fuerza que sirve para alimentar un motor trifásico utilizando una llave termomagnética, un contactor y un relé térmico diferencial, luego se trabaja con un circuito de mando, que se encarga de alimentar la bobina del contactor.

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FUNDAMENTO TEÓRICO ENCENDIDO DE UNA LÁMPARA FLUORESCENTE PARTES DE UN FLUORESCENTE: 

El tubo o lámpara fluorescente:

Es un tubo con dos electrodos, su pared interior está recubierta por una fina capa de sustancias fluorescentes. El tubo está relleno de un gas inerte (normalmente argón) y vapor de mercurio, todo ello a baja presión.

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El cebador:

El cebador de destellos está formado por: 1. Una ampolla de vidrio llena de neón. 2. Un contacto fijo de níquel. 3. Un contacto móvil constituido por dos láminas de dos metales cuyo coeficiente de dilatación tiene diferente valor y que tienen la propiedad de deformarse bajo la acción del calor. 4. Un condensador que amortigua los ruidos que se producen en los receptores de Radiodifusión durante el funcionamiento del cebador. El cebador debe cerrarse solo uno o dos segundos que es el tiempo necesario para que se calienten los electrodos del tubo fluorescente, y después debe abrirse para que se produzca la sobretensión en la lámpara.

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Balastro:

Es un equipo que sirve para mantener estable y limitar un flujo de corriente para lámparas, ya sea un tubo fluorescente, una lámpara de vapor de sodio, una lámpara de haluro metálico o una lámpara de vapor de mercurio. Técnicamente, en su forma clásica, es una reactancia inductiva que está constituido por una bobina de alambre de cobre esmaltado, enrollada sobre un núcleo de chapas de hierro o de acero eléctrico. En la actualidad, existen de diversos tipos, como los balastos electrónicos usados para lámparas fluorescentes o para lámparas de descarga de alta intensidad. En un tubo fluorescente, el papel del balasto es doble: proporcionar la alta tensión necesaria para el encendido del tubo y después del encendido del tubo, limitar l a corriente que pasa a través de él.

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SISTEMA DE CONMUTACIÓN Para encender o apagar un aparato eléctrico, en este caso: Una lámpara fluorescente, desde un punto; solo basta con disponer de un interruptor que permita o no el paso de corriente. Pero cuando se pretende encender y apagar una lámpara desde dos puntos distintos es necesario el empleo de dos o más interruptores; formando así un sistema de conmutación. Este mecanismo al ser accionado permite que la corriente deje de circular por un conductor y lo haga por otro; es decir conecta alternativamente dos conductores con uno fijo llamado común. 



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Interruptor: Un polo o tornillo de entrada y un polo o tornillo de salida, su estado es circuito abierto o circuito cerrado. Se utiliza para encender o apagar una lámpara, desde un solo punto. Conmutador: Un polo o tornillo de entrada C (terminal común) y dos polos o tornillos de salida, el conmutador tiene una posición NO, (Normaly Open) y otra posición NC (Normaly Closed), que por lo general viene serigrafiada, en la parte plástica. Se utiliza para encender o apagar una lámpara desde dos puntos independientes, (extremos de un pasillo, por ejemplo.


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Cruzador: Es un conmutador de doble circuito, independientes uno del otro, conmuta las dos entradas, hacia las dos salidas, cada entrada comparte salidas. Es muy utilizado cuando se requiere el poder prender y apagar un aparato eléctrico, en este caso una lámpara fluorescente, desde tres o más puntos distintos.

Para obtener un Circuito conmutador de luz a tres puntos, necesitamos 2 conmutadores en los extremos y un cruzador en el centro. En el caso de necesitar un sistema conmutado con más de tres puntos, necesitaremos obligatoriamente dos conmutadores en los extremos y tantos cruzadores en serie en el centro como puntos de conmutación de luz deseemos, por lo que las posibilidades son infinitas. 

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Sistema de conmutación simple ( Dos interruptores):


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ARRANQUE DIRECTO CIRCUITO DE FUERZA Contiene los componentes de alata demanda energetica

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Motor Electrico Seccionadores Contactores Dispositivos de proteccion CIRCUITO DE FUERZA

LLAVE TERMOMAGNETICA TRIFÁSICA

CONTACTOR AC/TRIFÁSICO

RELÉ TERMICO DIFERENCIAL

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CIRCUITO DE MANDO Contiene componentes (control y medida), cuenta con alimentacion electrica independiente y potencia sensiblemente inferior, que permite el gobierno de los componentes de fuerza.

- Pulsadores. - Relés. - Indicadores de desiguales magnitudes electricas (voltaje, identidad) CIRCUITO DE MANDO

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- Principio de funcionamiento de los circuitos de fuerza y de mando: El circuito de fuerza se compone de fusibles, contactos de la línea y elementos calentadores de las protecciones térmicas. Por el circuito de fuerza la energía eléctrica de la corriente trifásica va al devanado del estator gobernado. El circuito de mando del arrancador se compone de un cuadro de dos botones: (arranque) y (stop), que conecta la bobina del interruptor magnético el bloque de contacto y los contactos de la protección térmica, el circuito de mando sirve para gobernar el arrancador propiamente dicho.

- Funcionamiento del arrancador: El arrancador funciona del modo siguiente: al apretar el botón arranque (star) la corriente pasa de la primera fase por el botón (star) por el puente, por el botón (stop) la bobina conectada (B) por los contactos de la protección térmica (PT) y viene a la 3ra fase. La bobina atrae el inducido los contactos de la línea principales (CP) se cierran el motor recibe tensión y comienza a girar. Al conectarse los contactos principales (CP) se cierran simultáneamente los bloques de los contactos auxiliares (CA) que sustentan el botón (star) pudiendo soltarlo entonces. La corriente que alimenta la bobina conectada pasa de la primera fase a través de los bloques contactos auxiliares, el botón stop, etc. El motor separa apretando el botón stop ya que entonces los contactos de la línea se abren. La protección del motor contra sobrecargas se realiza mediante la protección térmica cuyos elementos calentadores se eligen de acuerdo con la corriente nominal del motor. Al pasar una corriente que supera la nominal por el devanado del motor, los relés térmicos abren sus contactos lo que produce la apertura del circuito que conecta las bobinas, los contactos de la línea se abren y el motor se para automáticamente. Para hacer regresar los contactos de relés térmicos su estado inicial suprima el botón reposición. Después de conectarse el arrancador bajo la acción de la protección térmica hasta su conexión siguiente han de pasar de 0.5 a 3 min. Este tiempo es suficiente para que se enfríe la lámina bimetálica de la protección térmica y parcialmente el devanado del motor. La bobina del arrancador está calculada para el funcionamiento a una tensión 85-100% de la nominal, la tensión mínima a la cual mantiene con seguridad el arrancador en posición conectada es de 50 al 60% inferior a la nominal. En caso de caída brusca o desaparición completa de la tensión de la red, la bobina del arrancador desconecta automáticamente los contactos principales utilizando de este modo la desconexión del motor. Los fusibles que se instalan independientemente antes del arrancador protegen a la red contra cortocircuitos en el motor.

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EQUIPO

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Destornilladores planos y estrellas Alicate Cable 16 AWG GPT Pinza Amperímetrica Pelacables

MATERIALES 

Lámpara fluorescente:

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01 Lámpara fluorescente tubular de 40 W 01 Balasto de 40 W 01 Ignitor 01 Condensador



Sistema de conmutación:

  



02 Interruptores de conmutación Cinta aislante



Arranque directo:

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    

01 Interruptor termomagnético 01 Contactor Trifásico 01 Relé térmico 01 Pulsador de Arranque 01 Pulsador de Parada

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PROCEDIMIENTO 1) ENCENDIDO DE UNA LÁMPARA FLUORESCENTE:

PROCEDIMIENTO PARA CONECTAR EL FLUORESCENTE: A continuación, se describe el funcionamiento del tubo fluorescente. Consiste de un tubo de vidrio rectilíneo o circular con dos electrodos en cada extremo conectados con filamentos de tungsteno y lleno de mercurio (entre 5 y 10 mg) en estado gaseoso a baja presión (0,8 Pa), además de una pequeña porción de un gas inerte (como el argón). El tubo se conecta con varios dispositivos eléctricos como se esquematiza en la figura II.4. Al cerrar el circuito mediante el interruptor, la corriente eléctrica alterna de 60 Hz de frecuencia que entra al circuito desde la red de 120 V circula por el condensador (almacena energía eléctrica), el balastro (ofrece resistencia al cambio temporal de la intensidad de la corriente eléctrica), los filamentos (desprenden electrones y mantienen el arco eléctrico) ubicados en los extremos del tubo y por el cebador o estárter (sistema de arranque mediante un par bimetálico dentro de un gas). Al pasar corriente por el estárter, salta una chispa en el par bimetálico, se calienta el gas neón en su interior y el par cierra el circuito. La corriente eléctrica establecida calienta los filamentos de tungsteno y desprenden electrones que ionizan el gas argón dentro del tubo. Por consiguiente, en su interior se forma un plasma con átomos ionizados y neutros de argón, átomos ionizados y neutros de mercurio y electrones libres provenientes de los átomos ionizados. De esta manera se establecen las condiciones para que después circule una corriente de electrones entre los filamentos. 12


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Luego, en cuestión de segundos, se enfría el neón y se desconecta el estárter. Esto hace que los filamentos del tubo se enfríen y dejen de emitir electrones; a su vez, se induce una fuerza contra electromotríz en el balastro que hace aparecer un arco eléctrico que ioniza aún más al argón y aumentan las partículas ionizadas del plasma. Los electrones del plasma chocan con los átomos de Hg y los excitan como se esquematiza en la siguiente figura; al “desexcitarse” (pasar a un estado energético de menor energía) emiten fotones ultravioletas (fuera del rango visible) que interaccionan con los átomos del compuesto de fósforo que cubre la superficie interior de las paredes del tubo y los excitan, Estos, al “desexcitarse” emiten fotones visibles (luz blanca) que podemos percibir con nuestros ojos.

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2) SISTEMA DE CONMUTACIÓN

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3) ARRANQUE DIRECTO

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DATOS EXPERIMENTALES 

Tabla N° 01: “Valores de tensión y corriente eficaces en la lámpara fluorescente” Vef (v) (FUENTE) Vef (v) (LÁMPARA) Vef (v) (BALASTRO) Ief (A)

223 64 200 0.33

 Tabla N° 02: “Valores de corriente eficaz en el motor eléctrico”

Ief (A)

1.02

ANÁLISIS DE LOS DATOS De los datos mostrados anteriormente vemos que la suma de potencias del balastro (200V) y el de la lámpara (64) da 274 V. La pregunta a la cual se llega es, sí la potencia de la fuente es 223 V ¿Por qué la suma de potencias del balastro y de la lámpara da un total de 274? ¿De dónde proviene la potencia de más? Estas preguntas son respondidas analizando cada una de los componentes de todo nuestro sistema. Teniendo:

- Cebador: como ya se indicó anteriormente, el cebador solo es una parte del sistema que se encarga de calentar los electrodos del tubo fluorescente, estando cerrado aproximadamente solo de uno a dos segundos para luego abrirse y se produzca una sobretensión en el tubo fluorescente.

- Tubo Fluorescente: si bien no es el causante del aumento de potencia, es el elemento que necesita que se aumente la potencia de la fuente para que se genere un arco eléctrico que posibilita el encendido de lámpara.

- Balastro: es el causante directo del aumento de potencia, debido a que es un tipo de inductancia, que consta de un transformador de corriente, compuesto por un enrollado único de alambre de cobre. Su función es la de generar el arco eléctrico que requiere el tubo fluorescente durante su proceso de encendido. Luego de encender la lámpara, su función pasa a ser la de limitar la corriente que pasa a través del tubo. Según las características del balastro dado, tenemos que:

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 =

   

 =

 223 0.33

= 675.7575

Según este dato y con tablas, encontramos que la potencia que entrega al sistema es de aproximadamente 40V (según tablas), comparando esto con 41V, que es la suma de la potencia del balastro con la de la lámpara y restando la potencia de la fuente (200V+64V223V), vemos que estos datos se aproximan mucho, por lo cual podemos decir que la potencia de más que tenemos, es causada por el balastro.

CONCLUSIONES 

El laboratorio realizado nos permitirá hacer dos tipos de conexiones, para saber el funcionamiento de estos; tanto sus voltajes como sus resistencias.

COMENTARIOS 

 

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Utilizar el multímetro en una posición adecuada al momento de realizar las mediciones ya que el mal uso de este podría generar fallas técnicas en el mismo. Se presentó inconvenientes con el arrancador al momento de presenciar el encendido de la lámpara. Realizar cuidadosamente todas las conexiones de los circuitos mencionados.


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BIBLIOGRAFÍA

 http://angelatedo-angelatedo.blogspot.pe/2012/08/interruptores-y-

conmutadores-esquemas.html  http://ocw.usal.es/ensenanzas-

tecnicas/electronica/contenido/electronica/Tema5_CircConmutac.pdf 

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