practica 1 electricidad industrial UPIICSA

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Y Ciencias Sociales y Administrativas

Licenciatura en Ingeniería Industrial

ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

Practica1: Introducción, mesa de trabajo y aparatos de medición Generación de Electricidad e Instrumentos para mediciones

Profesor: Ing. Enrique García Vélez

Alumna: Vargas Martínez Tania Janeth

Boleta: 2016602495

Fecha: 14 de agosto de 2017

Secuencia: 3IM6E


Objetivo: 

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Que el alumno conozca los niveles de energía eléctrica que existen desde la generación hasta los que se utilizan en este curso. Que el alumno se familiaricen con los aparatos de medición y precauciones al utilizarlos.

Introducción: Durante la práctica conocimos los diferentes instrumentos de medición. Cómo son y para qué sirven. En el área eléctrica las mediciones eléctricas juegan un papel muy importante ya que a través de diversos aparatos de medición son incalculables lo que podemos lograr o conseguir, ya que mediante ellos se miden e indican magnitudes eléctricas, como corriente y carga, o las características eléctricas de los circuitos, como lo son las resistencias. Lo cual permite en la vida cotidiana, localizar las causas de una falla u operación defectuosa de algún aparato o equipo eléctricos.

Antecedentes Históricos de la Electricidad La palabra electricidad proviene del vocablo griego “elektron”, que significa “ámbar”. El ámbar es una resina fósil transparente de color amarillo, producido en tiempos muy remotos por árboles que actualmente están convertidos en carbón fósil. Los primeros fenómenos eléctricos fueron descritos por el matemático griego Tales de Mileto, quien vivió aproximadamente en el año 600 a.C. Señalaba que al frotar el ámbar con una piel de gato, podía atraer algunos cuerpos ligeros como polvo, cabellos o paja. El físico alemán Otto de Guericke (1602-1686) construyó la primera máquina eléctrica, cuyo principio de funcionamiento se basaba en el frotamiento de una bola de azufre que giraba produciendo chispas eléctricas. El holandés Pieter Van Musschenbroek (1692-1761) descubrió la condensación eléctrica, al utilizar la llamada botella de Leyden, que es un condensador experimental constituido por una botella de vidrio que actúa como aislante o dieléctrico. El norteamericano Benjamín Franklin (1706-1790) pudo observar que cuando un conductor cargado negativamente termina en punta, se acumulan los electrones en esa parte y por repulsión abandonan dicho extremo, fijándose sobre las moléculas de aire o sobre un conductor cercano cargado positivamente (tiene carencia de electrones). Aprovechó las


propiedades antes descritas y propuso aplicarlas en la protección de edificios, mediante la construcción del pararrayos.

Charles Coulomb científico francés (1736-1806), estudió las leyes de atracción y repulsión eléctrica. En 1777 inventó la balanza de torsión que medía la fuerza por medio del retorcimiento de una fibra fina y rígida a la vez. El científico italiano Alessandro Volta (1745-1827), también contribuyó notablemente al estudio de la electricidad. En 1775 inventó el electróforo, dispositivo que generaba y almacenaba electricidad estática. En 1800 explicó por qué se produce electricidad cuando dos cuerpos metálicos diferentes se ponen en contacto. Empleó su descubrimiento para elaborar la primera pila eléctrica del mundo; para ello, combinó dos metales distintos con un líquido que servía de conductor. Fue Georg Ohm, físico alemán (1789-1854), quien describió la resistencia eléctrica de un conductor, y en 1827 estableció la ley fundamental de las corrientes eléctricas al encontrar que existe una relación entre la resistencia de un conductor, la diferencia de potencial y la intensidad de corriente eléctrica. Por su parte, Michael Faraday, físico y químico inglés (1791-1867), descubrió como se podía emplear un imán para generar una corriente eléctrica en una espiral de hierro. Propuso la teoría sobre la electrización por influencia, al señalar que un conductor hueco (jaula de Faraday) forma una pantalla por las acciones eléctricas. A partir del descubrimiento de la inducción electromagnética, Faraday logro inventar el generador eléctrico. El físico inglés James Joule (1818-1889), estudió los fenómenos producidos por las corrientes eléctricas y el calor desprendido en los circuitos eléctricos. Otros investigadores que han contribuido al desarrollo de la electricidad son: el norteamericano Joseph Henry (1797-1878), que construyó el primer electroimán; el ruso Heinrich Lenz (18041865), quien enunció la ley relativa al sentido de la corriente inducida; el escocés James Maxwell (1831-1879), quien propuso la teoría electromagnética de la luz y las ecuaciones generales del campo electromagnético; el yugoslavo Nicola Tesla (1856-1943), quien inventó el motor asincrónico y estudió también las corrientes polifásicas; y el inglés Joseph Thomson (1856-1940), quien investigó la estructura de la materia y de los electrones.


En los últimos sesenta años, el estudio de la electricidad ha evolucionado intensamente. Ello, debido a que se ha podido comprobar que posee muchas ventajas sobre otras clases de energía, por ejemplo: puede ser transformada fácilmente, se transporta de manera sencilla y a grandes distancias a través de líneas aéreas que no contaminan el ambiente. Se puede utilizar también en forma de corrientes muy fuertes para alimentar enormes motores eléctricos o bien en pequeñas corrientes para hacer funcionar dispositivos electrónicos.

GENERACIÓN Y TRANSMICIÓN DE LA ENERGÍA ELECTRICA En general, la generación de energía eléctrica consiste en transformar alguna clase de energía (química, cinética, térmica, lumínica, nuclear, solar entre otras), en energía eléctrica. Para la generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que ejecutan alguna de las transformaciones citadas. Estas constituyen el primer escalón del sistema de suministro eléctrico. La generación eléctrica se realiza, básicamente, mediante un generador eléctrico; si bien estos no difieren entre sí en cuanto a su principio de funcionamiento, varían en función a la forma en que se accionan. Desde que se descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar la energía eléctrica a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construcción de grandes y variadas centrales eléctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribución. Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el planeta. Así, los países industrializados o del primer mundo son grandes consumidores de energía eléctrica, mientras que los países en vías de desarrollo apenas disfrutan de sus ventajas. La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación a lo largo del día. Esta variación es función de muchos factores, entre los que destacan: tipos de industrias existentes en la zona y turnos que realizan en su producción, climatología extremas de frío o calor, tipo de electrodomésticos que se utilizan más frecuentemente, tipo de calentador de agua que haya instalado en los hogares, la estación del año y la hora del día en que se considera la demanda. La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda y, a medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar la potencia suministrada. Esto conlleva el tener que iniciar la generación con unidades adicionales, ubicadas en la misma central o en centrales reservadas para estos períodos. En general los sistemas de generación se diferencian por el periodo del ciclo en el que está planificado que sean utilizados; se consideran de base la nuclear y la eólica, de valle la termoeléctrica de combustibles fósiles, y de pico la hidroeléctrica principalmente (los combustibles fósiles y la hidroeléctrica también pueden usarse como base si es necesario).


GENERADOR ELEMENTAL Sabemos que se puede producir electricidad haciendo que un conductor atraviese un campo magnético. Este es el principio de producción de corriente de cualquier generador dinamo eléctrico. El generador elemental está constituido por una espira de alambre colocada de manera que pueda girar dentro de un campo magnético fijo y que produzca una tensión inducida en la espira. Para conectar la espira al circuito exterior y aprovechar la f.e.m. inducida se utilizan contactos deslizantes. Las piezas polares son los polos norte y sur del imán que suministran el campo magnético. La espira de alambre que gira a través del campo magnético se llama inducido o armadura. Los cilindros a los cuales están conectados los extremos del inducido se denominan "anillos rozantes" o de contacto, los cuales giran a la vez que el inducido. Unas escobillas van rozando los anillos de contacto para recoger la electricidad producida en la armadura y transportarla al circuito exterior. Partes

Polea: es la que recibe la fuerza mecánica procedente del motor de combustión a través de la correa ya sea del alternador o de los accesorios (compresor, alternador, bomba de aceite y bomba de agua), que generalmente es en (v), está sujeta al eje del rotor. Rotor (inductor): es la parte móvil del alternador, formada por un electroimán que recibe corriente del regulador, a través de los anillos que están en el eje. Este electroimán que se forma, produce un campo magnético con el cual reaccionan las bobinas del estator produciendo corriente eléctrica. Cada una de las dos mitades del núcleo llena 6 u 8 salientes. De esta forma se obtiene un campo inductor de 12 o 16 polos. En el interior va montada la bobina inductora de hilo de cobre aislado de muchas espiras, bobinada sobre un carrete termoplástico. Regulador: es el encargado de mantener una tensión máxima de salida del alternador de 14.5 voltios. A mayor rpm mayor campo magnético y a su vez se produce más voltaje, es por eso que a más revoluciones suministra menos corriente al rotor (inductor). Estator (inducido): Es la parte fija sobre la que se encuentra el bobinado trifásico. Este puede estar constituido en estrella o en triángulo. El bobinado que forman los conductores del inducido está constituido generalmente por tres arrollamientos separados y repartidos perfectamente aislados en las 36 ranuras que forman el estator. Estos tres arrollamientos, o fases del alternador, pueden ir conectados según el tipo: en estrella o en triángulo, obteniéndose de ambas formas una corriente alterna trifásica, a la salida de sus bornes. Puente rectificador o de diodos: es el elemento encargado de rectificar la corriente alterna que se produce en el alternador haciendo que se convierta en corriente continua, que es el tipo de corriente con el que se mueven los elementos eléctricos y electrónicos del automóvil. Como se sabe la corriente generada por el


alternador trifásico no es adecuada para la batería ni tampoco para la alimentación de los consumidores del vehículo. Es necesario rectificarla. Una condición importante para la rectificación es disponer de diodos de potencia aptos para funcionar en un amplio intervalo de temperatura.

Semi carcasas: conforman el cuerpo del alternador están hechas de fundición de aluminio, es el elemento sobre el que se montan las partes del alternador. Anillos rozantes: son dos anillos de cobre que entran en contacto con las escobillas para excitar él en inductor y energizarlo. Ventilador: Los componentes del alternador experimentan un considerable aumento de la temperatura debido, sobre todo, a las pérdidas de calor del alternador y a la entrada de calor procedente del compartimento motor. La temperatura máxima admisible es de 80 a 100ºC, según el tipo de alternador. La forma de refrigeración más utilizada es la que coge el aire de su entorno y la hace pasar por el interior del alternador por medio de ventiladores de giro radial en uno o ambos sentidos.

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN : Una línea de transmisión eléctrica es básicamente el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión y distribución de la energía eléctrica, está constituida por: conductores, estructuras de soporte, aisladores, accesorios de ajustes entre aisladores y estructuras de soporte, y cables de guarda (usados en líneas de alta tensión, para protegerlas de descargas atmosféricas); es de suma importancia el


estudio de las características eléctricas en los conductores de las líneas, estas abarcan los parámetros impedancia y admitancia, la primera está conformada por la resistencia y la inductancia uniformemente distribuidas a lo largo de la línea y se representa como un elemento en serie.

LÍNEAS DE SUBTRANSMISIÓN: Tienen longitudes menores que las de transmisión, se emplean para interconectar entre si las subestaciones. Las tensiones usuales que manejan son de 88, 66, y 33 Kilo volts.

LÍNEAS DE DISTRIBUCIÓN: Constituyen la primera etapa donde es posible hacer uso de la energía eléctrica. A) De alta tensión: Utilizadas para enlazar centros industriales siendo las tensiones de 6, 13.8, y 23 kilo volts B) De baja tensión: Para pequeñas industrias, comercios, hospitales, la mayoría de servicios domésticos. Las tensiones más comunes son de 220, 127 Volts.


Centrales termoeléctricas Una central termoeléctrica es un lugar empleado para la generación de energía eléctrica a partir de calor. Este calor puede obtenerse tanto de la combustión, de la fisión nuclear del uranio u otro combustible nuclear, del sol o del interior de la Tierra. Las centrales que en el futuro utilicen la fusión también serán centrales termoeléctricas. Los combustibles más comunes son los combustibles fósiles (petróleo, gas natural o carbón), sus derivados (gasolina, gasóleo), biocarburantes, residuos sólidos urbanos, metano generado en algunas estaciones depuradoras de aguas residuales. Las centrales termoeléctricas consisten en una caldera en la que se quema el combustible para generar calor que se transfiere a unos tubos por donde circula agua, la cual se evapora. El vapor obtenido, a alta presión y temperatura, se expande a continuación en una turbina de vapor, cuyo movimiento impulsa un alternador que genera la electricidad. Luego el vapor es enfriado en un condensador donde circula por tubos agua fría de un caudal abierto de un río o por torre de refrigeración.

Centrales térmicas solares Una central térmica solar o central termo solar es una instalación industrial en la que, a partir del calentamiento de un fluido mediante radiación solar y su uso en un ciclo termodinámico convencional, se produce la potencia necesaria para mover un alternador para la generación de energía eléctrica como en una central térmica clásica. En ellas es necesario concentrar la radiación solar para que se puedan alcanzar temperaturas elevadas, de 300 °C hasta 1000 °C, y obtener así un rendimiento aceptable en el ciclo termodinámico, que no se podría obtener con temperaturas más bajas. La captación y concentración de los rayos solares se hacen por medio de espejos con orientación automática que apuntan a una torre central donde se calienta el fluido, o con mecanismos más pequeños de geometría parabólica .


Centrales geotérmicas La energía geotérmica es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El término "geotérmico" viene del griego geo (Tierra), y thermos (calor). Este calor interno calienta hasta las capas de agua más profundas: al ascender, el agua caliente o el vapor producen manifestaciones, como los géiseres o las fuentes termales, utilizadas para calefacción desde la época de los romanos. Hoy en día, los progresos en los métodos de perforación y bombeo permiten explotar la energía geotérmica en numerosos lugares del mundo. Para aprovechar esta energía en centrales de gran escala, es necesario que se den temperaturas muy elevadas a poca profundidad.

Centrales nucleares Una central o planta nuclear o atómica es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible nuclear fisionable que mediante reacciones nucleares proporciona calor que a su vez es empleado, a través de un ciclo termodinámico convencional, para producir el movimiento de alternadores que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o más reactores.

Central hidroeléctrica Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la electricidad en alternadores. Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:


La potencia, que es función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de la turbina y del generador. La energía garantizada en un lapso determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, de la pluviometría anual y de la potencia instalada. La potencia de una central hidroeléctrica puede variar desde unos pocos MW, hasta varios GW. Hasta 10 MW se consideran minicentrales. En China se encuentra la mayor central hidroeléctrica del mundo (la Presa de las Tres Gargantas), con una potencia instalada de 22.500 MW. La segunda es la Represa de Itaipú (que pertenece a Brasil y Paraguay), con una potencia instalada de 14.000 MW en 20 turbinas de 700 MW cada una. Esta forma de energía posee problemas medioambientales al necesitar la construcción de grandes embalses en los que acumular el agua, que es sustraída de otros usos, incluso urbanos en algunas ocasiones. 

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Centrales mareomotrices Las centrales mareomotrices utilizan el flujo y reflujo de las mareas. En general, pueden ser útiles en zonas costeras donde la amplitud de la marea sea amplia y las condiciones morfológicas de la costa permitan la construcción de una presa que corte la entrada y salida de la marea en una bahía. Se genera energía tanto en el momento del llenado como en el momento del vaciado de la bahía. Actualmente se encuentra en desarrollo la explotación comercial de la conversión en electricidad del potencial energético que tiene el oleaje del mar, en las llamadas centrales undimotrices.


Centrales eólicas La energía eólica se obtiene mediante el movimiento del aire, es decir, de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire o de las vibraciones que el dicho viento produce. Los molinos de viento se han usado desde hace muchos siglos para moler el grano, bombear agua u otras tareas que requieren una energía. En la actualidad se usan aerogeneradores para generar electricidad, especialmente en áreas expuestas a vientos frecuentes, como zonas costeras, alturas montañosas o islas. La energía del viento está relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades proporcionales al gradiente de presión

Centrales fotovoltaicas Se denomina energía solar fotovoltaica a la obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos. Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar pequeños dispositivos electrónicos. A mayor escala, la corriente eléctrica continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica.


Generación a pequeña escala

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Grupo electrógeno. Pila voltaica Pilas de combustible

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Generador termoeléctrico de radioisótopos

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APARATOS DE MEDICIÓN TIPO ANALOGICO/ DIGITAL Amperímetro: Un amperímetro es un instrumento que se utiliza para medir la

intensidad de corriente que está circulando por un circuito eléctrico. Un microamperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.

Voltímetro: Un voltímetro es un instrumento que sirve para medir la diferencia de

potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico.


Generador de frecuencia: Un generador de

señales, de funciones o de formas de onda es un dispositivo electrónico de laboratorio que genera patrones de señales periódicas o no periódicas tanto analógicas como digitales. Se emplea normalmente en el diseño, prueba y reparación de dispositivos electrónicos; aunque también puede tener usos artísticos.

un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro. Osciloscopio:

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Multímetro: Un multímetro, también denominado polímetro,1 o tester, es un

instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como corrientes y potenciales (tensiones), o pasivas, como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma, con alguna variante añadida.


Wattmetro: El vatímetro es un instrumento electrodinámico para medir la potencia

eléctrica o la tasa de suministro de energía eléctrica de un circuito eléctrico dado. El dispositivo consiste en un par de bobinas fijas, llamadas «bobinas de corriente» o amperométrica, y una bobina móvil llamada «bobina de potencial» o voltimétrica.

Mesa de trabajo: La utilizamos para trabajar, apoyarnos, medir y conectar. Cuenta

con clavija de alimentación trifásico, el cual se conecta al contacto que se encuentra en el piso. Este contacto puede energizarse por medio de un interruptor termo magnético que se encuentra en el tablero de la árte lateral del aula.


Desarrollo: Durante la práctica el profesor nos mostro cada uno de los instrumentos. Nos mostró un video en YouTube de los instrumentos y equipo que más tarde el nos iba a mostrar. Nos explicó para que sirven, como funcionan, y como debemos conectarlos. Por ejemplo el amperímetro se conecta en serie con la carga. Y el voltímetro se conecta en paralelo con la carga, de la siguiente manera:

Material:      

-1 multimetro digital -1 multimetro analógico -1 voltímetro analógico -1 amperímetro analógico -1 amperímetro de gancho -1 generador de frecuencias

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-1 osciloscopio -1 wattmetro 1 modulo LEEI-I001, modulo LEEI-1002 Mesa de trabajo.

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Conclusión: Dentro de esta práctica hemos conocido los diferentes dispositivos con los que contamos dentro del laboratorio de electricidad, como lo son los instrumentos de medición.

En el Laboratorio, necesitaremos conocimiento y Uso de los instrumentos que nos servirán para corregir, rectificar y mantener circuitos eléctricos que construiremos más adelante. Es importante conocer de que forma vamos a usar los instrumentos como el Multimetro, pues si le damos un Uso indebido, podemos dañar dicho instrumento u obtener cálculos inexactos que a la larga puedan dañar el trabajo que estemos haciendo.


Bibliografía: 1.- “CONTROLES AUTOMÁTICOS” Autor: John G. BONINGER Ed. Trillas 2.- “ELECTRONICA” Autor: Harry Mileaf Ed. Limusa https://es.wikipedia.org/wiki/Generaci%C3%B3n_de_energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica https://es.wikipedia.org/wiki/Categor%C3%ADa:Instrumentos_de_medici%C3%B3n_el%C 3%A9ctrica

MANUAL DE ELECTRICIDAD APLICADA

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