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Introducción a la Electricidad Industrial

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MAQUINARIA Y EQUIPO

Taladro

Herramienta aguda o cortante utilizada para realizar perforaciones de forma cilíndrica sobre cualquier material. Utiliza una broca o mecha como elemento de corte y es propulsado por electricidad, aire comprimido o en forma manual.

Medidas de seguridad al taladrar

1.- Protegerse la vista con gafas adecuadas.

2.- También es muy importante utilizar la broca adecuada al material a trabajar

3.- Nunca forzar en exceso la máquina y mantenerla siempre perfectamente sujeta

4.- Sujetar firmemente la pieza a trabajar

5.- Apagar la máquina (mejor desenchufarla) para un cambio de broca o limpieza de la misma

6.- Por último, no conviene olvidar las medidas de seguridad comunes a todos los aparatos eléctricos (no ponerlos cerca de fuentes de humedad o calor, no tirar del cable, etc).

 

Tipos de taladros. El taladro es la máquina que nos permitirá hacer agujeros debido al movimiento de rotación que adquiere la broca sujeta en su cabezal. Existen muchos tipos de taladros e infinidad de calidades. Los principales tipos son los siguientes:

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1.- barrena

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2.- berbiquí

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3.- taladro manual

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4.- taladro manual de pecho

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5.- taladro eléctrico

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6.- taladro sin cable

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7.- martillo percutor

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8.- taladro de columna

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9.- minitaladro

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10.- minitaladro sin cable

1.- BARRENA. Es la herramienta más sencilla para hacer un taladro. Básicamente es una broca con mango. Aunque es muy antigua se sigue utilizando hoy en día. Solo sirve para taladrar materiales muy blandos, principalmente maderas.

2.- BERBIQUÍ. El berbiquí es la herramienta manual antecesora del taladro y prácticamente está hoy día en desuso salvo en algunas carpinterías antiguas. Solamente se utiliza para materiales blandos.

3.- TALADRO MANUAL. Es una evolución del berbiquí y cuenta con un engranaje que multiplica la velocidad de giro de la broca al dar vueltas a la manivela.

4.- TALADRO MANUAL DE PECHO. Es como el anterior, pero permite ejercer mucha mayor presión sobre la broca, ya que se puede aprovechar el propio peso apoyando el pecho sobre él.

5.- TALADRO ELÉCTRICO. Es la evolución de los anteriores que surgió al acoplarle un motor eléctrico para facilitar el taladrado. Es una herramienta imprescindible para cualquier bricolador. Su versatilidad le permite no solo taladrar, sino otras muchas funciones (atornillar, lijar, pulir, desoxidar, limpiar, etc) acoplándole los accesorios necesarios.

6.- TALADRO SIN CABLE. Es una evolución del anterior en el que se prescinde de la toma de corriente, sustituyéndose por una batería. La principal ventaja es su autonomía, al poder usarlo donde queramos sin necesidad de que exista un enchufe. Como inconveniente, la menor potencia que ofrecen respecto a los taladros convencionales.

7.- MARTILLO PERCUTOR. El martillo percutor es un taladro con una percusión (eléctrica, neumática o combinada) mucho más potente (utiliza más masa) y es imprescindible para perforar determinados materiales muy duros, como el hormigón, la piedra, etc, o espesores muy gruesos de material de obra.

8.- TALADRO DE COLUMNA. Es un taladro estacionario con movimiento vertical y mesa para sujetar el objeto a taladrar. La principal ventaja de este taladro es la absoluta precisión del orificio y el ajuste de la profundidad. Permiten taladrar fácilmente algunos materiales frágiles (vidrio, porcelana, etc) que necesitan una firme sujeción para que no rompan.

9.- MINITALADRO. Es como un taladro en miniatura. La posibilidad de utilizarlo con una sola mano y las altas revoluciones que coge, permiten una gran variedad de trabajos aparte del taladrado. Está indicado para aplicaciones minuciosas que requieren control, precisión y ligereza.

10.- MINITALADRO SIN CABLE. Es igual que el anterior, pero accionado a batería, con la autonomía que ello supone. Como en el caso de los taladros, su principal inconveniente es la menor potencia.

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Esmeriladora

Un esmeril es una maquina de operación manual cuya función principal es en la manufactura impulsada para cortar, pulir metales, y para componer una soldadura mal proporcionada al quedar un poco de pasta para soldar en exceso en la estructura, para que por medio del esmeril quede más lisa la estructura y se vea mucho mejor, también se utiliza para afilar las herramientas de un taller, aunque función objetivo es el acabado de metales. También se le conoce al esmeril como muela y están compuestos de granos abrasivos y de un material de goma que los mantiene unidos. El sistema protector usualmente esta hecho de un plástico duro, resina fenólica o caucho de media dureza dependiendo de la cantidad de flexibilidad deseada.

Usos. El esmeril es muy utilizado como se menciono en la manufactura, en la industria se ocupa para darle un mejor acabado a piezas metálicas, afilar otras herramientas que se ocupan para ciertas funciones, cortar metales, desbastar o limpiar, dependiendo el disco que tenga el esmeril.

Para ello existen ciertos discos necesarios para aplicar estas funciones, como pueden servir.

Hay esmeriles angulares, los más utilizados por los trabajadores en la industria, los cuales son implementados para trabajos metalúrgicos y en de construcción al igual que en rescates de emergencia (las sierras que ocupan los bomberos para romper estructuras metálicas o de concreto)

De acuerdo con la clasificación general podemos destacar cuatro tipos de esmeriladora:[image]

Esmeriladora de banco: Es, por lo general, una máquina de pequeñas dimensiones y unos 6 o 7 kg de peso, que va montada a un banco de trabajo y que se utiliza para el afilado de herramientas (brocas, escoplos, cuchillas de torno, destornilladores, buriles, cinceles, etc.) y para quitar rebabas de piezas pequeñas. Lleva dos muelas de distinta granulometría a cada lado, una fina para el afilado y otra más basta para repasar.

 

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Esmeriladora de pedestal: Muchas esmeriladoras de banco incorporan un pedestal como pieza opcional, lo que no significa que puedan “transformarse” en una esmeriladora de pedestal. Por el contrario, las esmeriladoras de pedestal propiamente dichas son herramientas de mayores dimensiones, destinadas al trabajo pesado. Se emplean para limpieza de soldaduras y para quitar rebabas de piezas de fundición y otras de gran tamaño.

Dependiendo de la potencia, del tamaño y la velocidad de giro de las muelas y del espaciado entre éstas, existen esmeriladoras de pedestal de 1/3 HP a 5 HP, correspondiendo a velocidades de giro de 3600 RPM para el modelo menos potente y de 1200 RPM para el de 5 HP.[image]

Esmeriladora de banda. Lasesmeriladoras de banda en su formato banco suelen ser una combinación de esmeriladora y lijadora de banda, como lo muestra la siguiente figura.

 

 

 

 

Normas de seguridad y riesgos.

  • Elegir el disco adecuado
  • Verificar los discos, que no presenten desgaste ni alguna cuarteadura, de lo contrario remplazarlo.
  • No trabajar en zonas poco accesibles
  • Evitar contacto con algun componente mecánico.
  • Evitar entrar de golpe al comenzar el trabajo.
  • Realizar una prueba de resonancia al disco
  • No utilizar el equipo si presenta algún daño
  • Desconectar el equipo de la clavija, no jalándolo del cable.
  • No forzar de mas el esmeril
  • Ocupar el equipo adecuado de protección personal.

[image]Sierra

Del latín serra, el concepto de sierra tiene diversos usos. Se trata, por un lado, de la herramienta que se utiliza para cortar objetos duros como la madera. Este dispositivo suele contar con una hoja de acero dentada que está sujeta a una empuñadura o mango.

La sierra puede ser manual (se impulsa y maneja con la acción de las manos) o estar conectada a una fuente de energía (electricidad, vapor u otra). En cuanto al dentado, existen tres grandes tipos: el dentado universal (con dientes en punta que tienen ángulo positivo o negativo y se van intercalando), el dentado norteamericano (que alterna tres dientes rectos con uno cóncavo) y el dentado japonés (combina dientes de distinto tamaño, con un vaciado de las caras exteriores de la hoja).

Prensa

Máquina que sirve para aplastar o reducir el volumen de una cosa por medio de dos superficies que se juntan sometiendo a presión lo que queda entre ellas; el accionamiento que junta las dos superficies puede ser mecánico, hidráulico o neumático: prensa de aceite.

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Compresor (máquina)

[image]Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

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HERRAMIENTAS E INSTRUMENTOS DE MEDIDAS

Terraja de roscar

Una terraja de roscar (también llamado cojinete roscado) es una herramienta manual de corte que se utiliza para el roscado manual de pernos y tornillos, que deben estar calibrados de acuerdo con la característica de la rosca que se trate. El material de las terrajas es de acero rápido (HSS). Las características principales de un tornillo que se vaya a roscar son el diámetro exterior o nominal del mismo y el paso que tiene la rosca. Se le emplea para realizar las roscas de los caños o tubos para construir conductos, por ejemplo para agua. Estos caños pueden ser de diversos materiales como hierro, bronce, cobre, pvc (cloruro de polivinilo), etcétera. De acuerdo a la consistencia del elemento a roscar, deberá ser la dureza del material con que está confeccionada la terraja. Existe una terraja para cada tipo de tornillo normalizado de acuerdo a los sistemas de roscas vigentes. Las terrajas se montan en un útil llamado portaterrajas o brazo bandeador, donde se le imprime la fuerza y el giro de roscado necesario.

Los tornillos y pernos que se van a roscar requieren que tengan una entrada cónica en la punta para facilitar el trabajo inicial de la terraja.

Dobladoras de tubos[image]

Es una máquina que sirve para doblar manualmente tubo redondo, cuadrado o rectangular.

Las dobladoras de tubos hidráulicos son de dos tipos diferentes, una unidad vertical y una horizontal.

El tipo de dobladora vertical se sitúa como una unidad independiente que se apoya en un soporte de metal de alta resistencia. La tubería hidráulica horizontal es generalmente una unidad de tipo portátil que puede utilizarse en el suelo o sobre una gran mesa. Ambos tipos de dobladoras son impulsadas por una bomba hidráulica manual o una bomba eléctrica a motor controlada por una palanca de doble efecto.

[image]Desarmadores

El principal uso de un desarmador es insertar tornillos en objetos. Un desarmador es una herramienta relativamente pequeña que se usa para rotar tornillos. Todos los desarmadores tienen empuñaduras; sin embargo, hay muchas puntas específicas de ciertos desarmadores, como los de punta plana.

Pueden ser de dos clases:

  • Torx: A los desarmadores con punta de estrella a veces se les dicen Torx.
  • Punta plana: tienen una sola hoja y se usan para aflojar o ajustar tornillos que tienen una ranura linear.

Alicate[image]

El término alicate procede de la voz árabeal-laqqat, “tenaza”. En diversos lugares se utiliza en plural: alicates. Es una herramienta muy antigua que viene de 1576. Los alicates son herramientas imprescindibles para el trabajo de montajes electrónicos. Son comunes en todo equipo de herramientas manuales, ya que es un útil básico para el bricolaje. Esta especie de tenaza metálica provista de dos brazos suele ser utilizada para múltiples funciones como sujetar elementos pequeños o cortar y modelar conductores etc.

Tipos de alicates. Hay varios tipos de alicates, entre los que podemos citar:

  • Alicates planos. Tienen la boca cuadrada, ligeramente estriada en su interior y con los brazos algo encorvados que sirven para doblar alambre, sujetar pequeñas piezas, etc. ….
  • Alicates de punta redonda. Únicamente se diferencian de los anteriores por terminar en dos piezas cilíndricas o cónicas y se emplean especialmente para doblar alambres en forma de anillo y también para hacer cadenas.
  • Alicates de corte, cuya boca está formada por dos dientes afilados de acero templado. Los más comunes se utilizan para el corte de alambre y pequeñas piezas metálicas. Hay otros de forma especial (“pela cables”) con bocas en ¨v¨ encaradas por la abertura de las uves, cuya distancia entre los dos dientes se gradúa con un tornillo, para que la presión no corte el cable como una cizalla. Otros para cortar tubos de plomo y para cortar alambre de acero.
  • Alicates. Son los mismos antes descritos combinados de tal suerte que pueden servir para varios usos. Así, están los llamados universal y de electricista que se emplean para atornillar y cortar alambres y el de teléfono, plano y con tres muescas para el corte de alambres.
  • Alicates de lamparista, propios para desatornillar tubos y objetos cilíndricos que se distinguen por la forma particular de su forma cóncava y estirada con uno de sus brazos terminado en forma de cuadro.
  • Alicates taladradores utilizados unos para taladrar a mano metales de poco espesor pudiendo también cambiarse el taladro y otros llamados sacabocados que se emplean para taladrar cartón, cuero y otras materias semejantes, pudiendo en éstos fácilmente cambiarse el taladro que es de forma tubular con los bordes afilados.1
  • Alicates a presión utilizados para aprisionar fuerte y fijamente algo, aprovechando la fuerza de torsión de la herramienta. En Colombia se les denomina hombre solo, dada su capacidad para prácticamente remplazar la fuerza de una persona. En Argentina se les suele llamar “pinza perro”, por la firmeza con que sostiene la pieza, En Chile se le denomina “caimán” o “alicate caimán”, por la firmeza con la que sostiene las piezas.

Multimetro análogo y digital

Un multímetro (polímetro o tester) es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.

Existen dos clases de multimetros:

  • MULTIMETRO ANALOGO: Se trata de un instrumento de medición electrónico. Es predecesor de los multímetros digitales, y la diferencia radica en el modo de presentar la información al usuario. En los multímetros analógicos, la magnitud medida era presentada mediante un dial graduado, y una aguja que sobre él se desplazaba, hasta obtenerse así la lectura
  • MULTIMETRO DIGITAL: En cambio, en los multímetros digitales, la magnitud medida se presenta como un valor, un número, en un display como el de una simple calculadora, o reloj; o sea, mediante la composición de números en decodificadores de siete segmentos.

[image] [image]

Vatimetro[image]

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», y una bobina móvil llamada «bobina de potencial».

El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua, la deflexión de la aguja es proporcional tanto a la corrientecomo al voltaje, conforme a la ecuación W=VA o P=EI. Tanto los amperímetros como los voltímetros son vulnerables al recalentamiento: en caso de una sobrecarga, sus agujas pueden quedar fuera de escala; pero en un vatímetro el circuito de corriente, el de potencial o ambos pueden recalentarse sin que la aguja alcance el extremo de la escala. Por tanto, un vatímetro no sólo se clasifica en vatios, sino también en voltios y amperios.

[image]Osciloscopio

El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo.

Sirve para:

  • Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal.
  • Determinar indirectamente la frecuencia de una señal.
  • Determinar que parte de la señal es DC y cual AC.
  • Localizar averias en un circuito.
  • Medir la fase entre dos señales.
  • Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

Los equipos electrónicos se dividen en dos tipos: Analógicos y Digitales .

AnalógicosDigitales
trabajan con variables continuaslo hacen con variables discretas
trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvia un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor.utilizan previamente un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla.
son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real.se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).

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Cosímetro

Un cosímetro, cosenofímetro, cofímetro o fasímetro es un aparato para medir el factor de potencia(cosφ).Tiene en su interior una bobina de tensión y una de corriente dispuestas de tal forma que si no existe defasaje, la aguja está en cero (al centro de la escala) lo que mide el cosimetro es el defase que se produce entre la corriente y la tensión producto de cargas inductivas o capacitivas.

[image]Tacómetro

Un tacómetro (del griego τάχος, tachos, ‘velocidad’ y μέτρον, metron, ‘medida’) es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de giro de un motor. Se mide en revoluciones por minuto (RPM). Actualmente se utilizan con mayor frecuencia los tacómetros digitales, por su mayor precisión.

Meghómetro

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El meghómetro es un instrumento (analógico o digital) que se utiliza para medir resistencias de muy alto valor ohmico. Es el único aparato con el que se puede detectar si existe una caida a tierra, y con el cual un técnico competente puede determinar el circuito exacto que está fallando. El nombre de este instrumento, megóhmetro, deriva de que la medida del aislamiento de cables, transformadores, aisladores, etc se expresa en megohmios ( MΩ ).

El megóhmetro consta de dos partes principales: un generador de corriente continua de tipo magneto-eléctrico, movido generalmente a mano (manivela) o electrónicamente (Megóhmetro electrónico), que suministra la corriente para llevar a cabo la medición, y el mecanismo del instrumento por medio del cual se mide el valor de la resistencia que se busca. Son dos imanes permanentes rectos, colocados paralelamente entre si.

 

MATERIALES Y ACCESORIOS

Conductores

Son materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el hierro y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) o cualquier material en estado de plasma.

Aplicaciones de los conductores:

  • Conducir la electricidad de un punto a otro (pasar electrones a través del conductor; los electrones fluyen debido a la diferencia de potencial).
  • Crear campos electromagnéticos al constituir bobinas y electroimanes.
  • [image]Modificar la tensión al constituir transformadores.

Terminales eléctricas

Un terminal es el punto en que un conductor de un componente eléctrico, dispositivo o red llega a su fin y proporciona un punto de conexión de circuitos externos. El terminal puede ser simplemente el final de un cable o puede estar equipado con un conector o tornillo. En teoría de circuitos, terminal significa punto donde teóricamente se pueden hacer conexiones a una red. No se refiere necesariamente a ningún objeto físico real.

La conexión puede ser temporal, como para equipos portátiles, puede exigir una herramienta para montaje y desmontaje, o puede ser una unión permanente entre dos cables o dos aparatos.

Tipos de terminales eléctricos:

  • Clips
  • Empalmes
  • Hembras de alambre
  • Puntas de prueba
  • Terminales de anillo
  • Terminales de tornillo
  • Terminales de conexión y desconexión rápida

Contactores magnéticos[image]

tiene por objetivo establecer o interrumpir el paso de corriente, ya sea en el circuito de potencia o en el circuito de control, en caso de ser contactores instantáneos esto ocurre tan pronto se energice la bobina. Es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, tiene dos posiciones de funcionamiento: una estable o de reposo, cuando no recibe acción alguna por parte del circuito de mando, y otra inestable, cuando actúa dicha acción. Este tipo de funcionamiento se llama de “todo o nada”. En los esquemas eléctricos, su simbología se establece con las letras KM seguidas de un número de orden.

Los contactos principales se conectan al circuito que se quiere gobernar. Asegurando el establecimiento y cortes de las corrientes principales y según el número de vías de paso de corriente podrá ser bipolar, tripolar, tetrapolar, etc. realizándose las maniobras simultáneamente en todas las vías. Los contactos auxiliares son de dos clases: abiertos, NA, y cerrados, NC. Estos forman parte del circuito auxiliar del contactor y aseguran las autoalimentaciones , los mandos, enclavamientos de contactos y señalizaciones en los equipos de automatismo.

Cajillas[image]

Las cajas de paso cumplen la función de facilitar la instalación y el halado de cables o conductores. La interdistancia entre cajas depende del tipo de cable o de conductor, puede tratarse de Cables eléctricos de fuerza, de señales, o de comunicaciones, sus características mecánicas difieren. Por lo tanto, la fuerza de tracción que soportan antes de una ruptura también son diferentes.

La separación entre cajas es un factor de a tener en cuenta para establecer la fuerza de tracción.

Las cajas de paso deben ubicarse con el criterios de dar un recorrido o ruta a los cables que permita superar curvas, obstáculos y permitir hacer un halado de los mismos sin causarles daño.

Para cables o alambres de instalaciones eléctricas residenciales no sobrepasar los 15 metros de separación sería un buen criterio.

Tuberías[image]

Las tuberías o canalizaciones eléctricas tienen como funcioné principal proporcionar protección física a los conductores de cualquier instalación eléctrica. Deacuerdo a la interacción con los circuitos eléctricos que contienen, se encuentran divididas en dos grandes grupos como lo son las tuberías magnéticas de construcción ferrosa y las nomagnéticas como son las de aluminio y plásticos. Se utiliza tuberías para cada caso, según lo requiera la instalación. La longitud de los tramos de tubería metálica, así como los de PVC eléctrico sonde 3.05 metros ya sean roscados para los tubos de pared gruesa y no enroscados para los tubos de pared delgada. Los tubos flexibles o de plásticos los venden por pies hasta rollos de 100 pies.

Entre los diferentes tipos de tuberías:

  • Tubo conduit galvanizado (pared gruesa): esta protegido interior y exterior por medio de acabado galvanizado, pude ser empleado en cualquier clase de trabajo dada su resistencia.
  • Tubo flexible (BX): Se emplea en aplicaciones en las cuales no puede usarse tubería rígida, en donde se necesita realizar muchos ángulos o formas caprichosas, ya que se adapta fácilmente a las necesidades de espacio.
  • Tubo plásticos (poliducto): son ligeros y resistentes a la acción del agua, su aplicación se ha incrementado mucho en instalaciones empotradas en casa, edificios, comercio.
  • Tubo PVC eléctrico (color naranja): Su utilización se ha incrementado grandemente, tanto por la facilidad que da para trabajar, ya que es más estético y seguro que el poliducto, como por su precio, ya que es más económico que los tubos metálicos.

Mangueras hidráulicas y neumáticas[image]

Existen tres generalidades para poder clasificar las mangueras hidráulicas, las cuales son:

  • Mangueras hidráulicas de mediana presión: Su construcción se basa en una trenza de acero con una cubierta delgada y flexible, lo cual facilita el ruteo de ensambles en los equipos.
  • Mangueras hidráulicas de baja presión: Diseñadas para usarse en diferentes aplicaciones con presiones de operación por debajo de los 300 PSI.
  • Mangueras hidráulicas de alta presión: Son llamadas mangueras de dos alambres porque generalmente tienen un refuerzo de dos trenzas de alambre de acero de alta tensión.
  • Mangueras hidráulicas de extrema presión: Las mangueras de extrema presión y muy alta presión se utilizan para equipos de construcción y maquinaria de servicio pesado en donde suceden altos impulsos o incrementos súbitos de presión.

Las mangueras hidráulicas son utilizadas en diversas industrias y para diferentes usos, por ejemplo: Industria automotriz, Industria agrícola, Industria de la construcción, Industria marina e Industria en general.

Mangueras neumáticas[image]

Las mangueras neumáticas están compuestas normalmente por un tubo, un refuerzo trenzado y una cubierta protectora. El número de trenzas depende de la presión nominal de la manguera. La cubierta protectora está perforada para impedir que se formen ampollas debido a la difusión de aire. Se emplean líneas de manguera para la conexión de maquinaria y equipos neumáticos móviles y estacionarios, por ejemplo, herramientas de mano, cilindros neumáticos móviles, compresores, etc.

MATEMÁTICA APLICADA

Cálculo de resistencia, corriente y voltaje

Resistencia. Mide la oposición que ofrece un material al paso de corriente eléctrica. Se mide en Ohmios (W). La resistencia que ofrece un material al paso de corriente eléctrica viene determinada por su longitud su sección y sus características según la ecuación:

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Atendiendo a esta resistencia los materiales se clasifican en dos grandes grupos:

  • Conductores.- permiten el paso de corriente eléctrica, metales, agua,….
  • Aislantes.- no permiten el paso de corriente eléctrica, madera, plástico,…

Corriente. El movimiento de los electrones a través de un conductor. Según el tipo de desplazamiento diferenciamos entre corriente continua y alterna. En la corriente continua los electrones se desplazan siempre en el mismo sentido. La corriente electrica es la carga eléctrica que pasa a través de una sección o conductor en la unidad de tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en culombios por segundo, unidad que se denomina amperio.

Si la intensidad es constante en el tiempo se dice que la corriente es continua; en caso contrario, se llama variable. Si no se produce almacenamiento ni distribución de carga en ningún punto del conductor, la corriente es estacionaria. Según la Ley de Ohm, la intensidad de la corriente es igual al voltaje dividido por la resistencia que oponen los cuerpos:

[image]

Voltaje. La diferencia de potencial entre dos puntos (1 y 2) de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza dicha unidad de carga positiva para transportarla desde el punto 1 al punto 2. Es independiente del camino recorrido por la carga (campo conservativo) y depende exclusivamente del potencial de los puntos 1 y 2 en el campo; se expresa por la fórmula: [image]

donde V1 – V2 es la diferencia de potencial, E es la Intensidad de campo en newton/culombio, r es la distancia en metros entre los puntos 1 y 2, Igual que el potencial, en el Sistema Internacional de Unidades la diferencia de potencial se mide en voltios.

La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito, se le suele denominar también como caída de tensión. Cuando por dichos puntos puede circular una corriente eléctrica, la polaridad de la caída de tensión viene determinada por la dirección convencional de la misma, esto es, del punto de mayor potencial al de menor. Por lo tanto, si por la resistencia R de la figura 1 circula una corriente de intensidad I, desde el punto A hacia el B, se producirá una caída de tensión en la misma con la polaridad indicada y se dice que el punto A es más positivo que el B.

Que dos puntos tengan igual potencial eléctrico no significa que tengan igual carga.

Potencia. La potencia eléctrica podemos definirla como la cantidad de energía eléctrica generada o transformada por unidad de tiempo.

P = V • I

Expresado en palabras: Potencia (P) es igual a la tensión (V) multiplicada por la Intensidad (I).Como la potencia se expresa en watt (W), sustituimos la “P” que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la “W” de watt, tenemos también que: P = W, por tanto,

W = V • I

Expresado en palabras: Watt (W) es igual a la tensión (V) multiplicada por la Intensidad (I).

Si conocemos la potencia en watt de un dispositivo y la tensión o voltaje aplicado (V) y queremos hallar la intensidad de corriente (I) que fluye por un circuito, despejamos la fórmula anterior y realizamos la operación matemática correspondiente:

[image]

Conversión de unidades

La conversión de unidades es la transformación del valor numérico de una magnitud física, expresado en una cierta unidad de medida, en otro valor numérico equivalente y expresado en otra unidad de medida de la misma naturaleza. Este proceso suele realizarse con el uso de los factores de conversión y las tablas de conversión de unidades. Frecuentemente basta multiplicar por una fracción (factor de una conversión) y el resultado es otra medida equivalente, en la que han cambiado las unidades. Cuando el cambio de unidades implica la transformación de varias unidades,se pueden utilizar varios factores de conversión uno tras otro, de forma que el resultado final será la medida equivalente en las unidades que buscamos, por ejemplo si queremos pasar 8 metros a yardas, lo primero que tenemos que hacer, es conocer cuánto vale una yarda en metros para poder transformarlo: una yarda (yd) = 0,914 m, luego dividir 8 entre 0,914 y nos daría como resultado 8,75 yardas.

Por ejemplo, para el Voltio:

NombreAbreviaturaCantidadNotación Científica
Giga voltioGV1.000’000.0001 x109
MegavoltioMV1’000.0001 x106
KilovoltioKV10001 x103
Unidad base ( V )V11 x100
MilivoltiomV0.0011 x10-3
Micro voltiomV0.000011 x10-6
NanoVoltionV0.000000011 x10-9
Pico voltiopV0.000000000011 x10-12

La conversión se hace de la siguiente manera:

NombreAbreviatura
Giga voltioGV
MegavoltioMV
KilovoltioKV
Unidad base ( V )V
milivoltiomV
Micro voltiomV
NanoVoltiomV
Pico voltiopV
X 1.000

Para convertir de una escala a otra, tomar el valor dado y multiplicarlo (si va bajar en la escala) o dividirlo (si va a subir en la escala) por mil, tantas escalas deba saltar para llegar a la escala objetivo. EJEMPLO: Convertir 50V a mV. Debe saltar dos escalas hacia abajo, por lo cual debe multiplicar dos veces por mil la cantidad dada.

50V = 50 x 1.000 x 1.000 = 50’000.000mV = 50 x 106 mV

Revoluciones por minuto

Una revolución por minuto es una unidad de frecuencia que se usa también para expresar velocidad angular. En este contexto, se indica el número de rotaciones completadas cada minuto por un cuerpo que gira alrededor de un eje. A veces se utiliza el término régimen de giro para referirse a la velocidad de giro expresada en revoluciones por minuto y no confundirse con la velocidad angular expresada en radianes por segundo. Para expresar un valor en revoluciones por minuto, se simboliza dicha unidad como min-1 o r/min, aunque también se utilizan símbolos de uso tradicional que no han sido fijados por las instituciones de normalización como rpm, RPM. Aunque las unidades de medida se representan normalmente con símbolos y no con abreviaturas, también existe la abreviatura r. p. m. para representar esta unidad.

Par del motor

El par motor o torque es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia. La potencia desarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisión, viniendo dada por: P = M·[image]

donde:

  • P es la potencia (en W)
  • M es el par motor (en N·m)
  • [image] es la velocidad angular (en rad/s)

Un ejemplo práctico para comprender la diferencia entre par y potencia se puede observar con una bicicleta. Para poder subir una cuesta, a una cierta velocidad, un ciclista debe realizar una fuerza determinada sobre los pedales. Esa fuerza, multiplicada por la distancia de los pedales al eje donde está alojado el plato, produce un momento de fuerza sobre el eje, o par motor. La potencia desarrollada por el ciclista dependerá de a qué velocidad esté pedaleando. Póngase por caso que el ciclista en cuestión hace una fuerza F sobre los pedales, que están a una distancia r del eje del plato. Esta fuerza genera un momento de fuerza, llamado par motor: M = F x r. La potencia desarrollada es: P = M·[image]

Cálculo de números complejos

Los números complejos son una extensión de los números reales y forman el mínimo cuerpo algebraicamente cerrado que los contiene. El conjunto de los números complejos se designa como [image], siendo [image] el conjunto de los reales se cumple que [image]. Los números complejos incluyen todas las raíces de los polinomios, a diferencia de los reales. Todo número complejo puede representarse como la suma de un número real y un número imaginario (que es un múltiplo real de la unidad imaginaria, que se indica con la letra i), o en forma polar. Los números complejos son la herramienta de trabajo del álgebra, análisis, así como de ramas de las matemáticas puras y aplicadas como variable compleja, ecuaciones diferenciales, aerodinámica y electromagnetismo entre otras de gran importancia. Además los números complejos se utilizan por doquier en matemáticas, en muchos campos de la física (notoriamente en la mecánica cuántica) y en ingeniería, especialmente en la electrónica y las telecomunicaciones, por su utilidad para representar las ondas electromagnéticas y la corriente eléctrica.

Definiremos cada complejo z como un par ordenado de números reales (a, b) ó (Re(z), Im(z)), en el que se definen las siguientes operaciones:

  • Suma: [image]
  • Producto por escalar: [image]
  • Multiplicación: [image]
  • Igualdad: [image]

A partir de estas operaciones podemos deducir otras como las siguientes:

  • Resta [image]
  • División [image]

Al primer componente (que llamaremos a) se le llama parte real y al segundo (que llamaremos b), parte imaginaria. Se denomina número imaginario puro a aquel que está compuesto sólo por la parte imaginaria, es decir, aquel en el que a = 0.

Cuerpo de los números complejos. Los números complejos forman un cuerpo, el cuerpo complejo, denotado por C (o más apropiadamente por el carácter unicode ℂ). Si identificamos el número real a con el complejo (a, 0), el cuerpo de los números reales R aparece como un subcuerpo de C. Más aún, C forma un espacio vectorial de dimensión 2 sobre los reales. Los complejos no pueden ser ordenados como, por ejemplo, los números reales, por lo que C no puede ser convertido de ninguna manera en un cuerpo ordenado.

Unidad imaginaria. Tomando en cuenta que (a,0) (0,1) = (0,a), se define un número especial en matemáticas de gran importancia, el número i o unidad imaginaria, definido como i = (0,1)

De donde se deduce inmediatamente que, i2 = i i = (0,1) (0,1) = (-1,0) = -1

Eficiencia

La eficiencia energética es una práctica que tiene como objeto reducir el consumo de energía. Los individuos y las organizaciones que son consumidores directos de la energía pueden reducir el consumo energético para disminuir costos y promover sustentabilidad económica, política y ambiental. Los usuarios industriales y comerciales pueden desear aumentar eficacia y maximizar así su beneficio. Entre las preocupaciones actuales está el ahorro de energía y el efecto medioambiental de la generación de energía eléctrica. También se denomina ahorro de energía.

SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL

Seguridad en el taller

La seguridad es una responsabilidad propia y una responsabilidad de todos solamente uno puede prevenir lesiones ocasionadas dentro del taller, es imposible recrear una situación de riesgo por lo que la primera regla es la prevención. La principal causa de accidentes es la falta de cuidado.

Algunas normas básicas para la seguridad en un taller son:

  • No manipules herramientas enchufadas, en todos los casos debes desenchufar la herramienta sea para cambiar una broca, una sierra, no importa cuál sea el caso asegúrate de que la herramienta no tiene corriente.
  • Siempre recuerda usar implementos de seguridad básica como tapones para los oídos, lentes de seguridad, mascara nasal, guantes, etc.
  • Utilizar la herramienta correspondiente para cada tarea.
  • Al trabajar poner toda la atención en tu tarea.
  • El taller debe tener las condiciones adecuadas para los trabajos (ventilación, iluminación, espacio, etc.)
  • Limpiar el área de trabajo al terminar, para evitar accidentes de caídas de herramientas y demás.
  • Seguir las normas ergonómicas requeridas para cada trabajo
  • No utilizar un equipo si presenta desperfectos, cable cortado, equipo modificado sin las piezas de seguridad, etc.

Seguridad en la operación de maquinas, equipos y herramientas

En líneas generales las máquinas y herramientas deben reunir las siguientes condiciones de seguridad: Las máquinas y herramientas deben ser seguras y en caso de presenten algún riesgo para las personas que la utilizan, deben estar provistas de la protección adecuada.

Los motores que originen riesgos deben estar aislados. Asimismo deben estar provistos de parada de emergencia que permita detener el motor desde un lugar seguro. Todos los elementos móviles que sean accesibles al trabajador por la estructura de las máquinas, deben estar protegidos o aislados adecuadamente. Las transmisiones (árboles, acoplamientos, poleas, correas, engranajes, mecanismos de fricción y otros) deben contar las protecciones más adecuadas al riesgo específico de cada transmisión, a efectos de evitar los posibles accidentes que éstas pudieran causar al trabajador. Las partes de las máquinas y herramientas en las que existan riesgos mecánicos y donde el trabajador no realice acciones operativas, deben contar con protecciones eficaces, tales como cubiertas, pantallas, barandas y otras.

Los requisitos mínimos que debe reunir una protección son:

En el caso de máquinas:

  • Eficacia en su diseño.
  • De material resistente.
  • Desplazamiento para el ajuste o reparación.
  • Permitir el control y engrase de los elementos de las máquinas.
  • Su montaje o desplazamiento sólo puede realizarse intencionalmente.
  • No constituyan riesgos por sí mismos.
  • Constituir parte integrante de las máquinas.
  • Actuar libres de entorpecimiento.
  • No interferir, innecesariamente, al proceso productivo normal.
  • No limitar la visual del área operativa.
  • Dejar libres de obstáculos dicha área.
  • No exigir posiciones ni movimientos forzados.
  • Proteger eficazmente de las proyecciones.

Las operaciones de mantenimiento deben realizarse con condiciones de seguridad adecuadas.

Los pasos a seguir fundamentales son:

  • Detener las máquinas a reparar.
  • Señalizar con la prohibición de su manejo por trabajadores no encargados de su reparación a las máquinas averiadas o cuyo funcionamiento sea riesgoso.
  • Para evitar su puesta en marcha, bloquear el interruptor o llave eléctrica principal o al menos el arrancador directo de los motores eléctricos, mediante candados o dispositivos similares de bloqueo, cuya llave debe estar en poder del responsable de la reparación que pudiera estarse efectuando.
  • En el caso que la máquina exija el servicio simultáneo de varios grupos de trabajo, los interruptores, llaves o arrancadores deben poseer un dispositivo especial que contemple su uso múltiple por los distintos grupos.

En el caso de las herramientas:

  • Las herramientas de mano deben estar construidas con materiales adecuados y ser seguras en relación con la operación a realizar y no tener defectos ni desgastes que dificulten su correcta utilización.
  • La unión entre sus elementos deben ser firme, para evitar cualquier rotura o proyección de los mismos.
  • Para evitar caídas de herramientas y que se puedan producir cortes u otros riesgos, se deben colocar las mismas en portaherramientas, estantes o lugares adecuados.
  • Para el transporte de herramientas cortantes o punzantes se debe utilizar cajas o fundas adecuadas.
  • Las herramientas portátiles accionadas por fuerza motriz, deben estar suficientemente protegidas para evitar contactos y proyecciones peligrosas.
  • Sus elementos cortantes, punzantes o lacerantes, deben estar cubiertos con aisladores o protegidos con fundas o pantallas que, sin entorpecer las operaciones a realizar, determinen el máximo grado de seguridad para el trabajo.
  • En las herramientas accionadas por gatillos, éstos deben estar protegidos a efectos de impedir el accionamiento imprevisto de los mismos.
  • En las herramientas neumáticas e hidráulicas, las válvulas deben cerrar automáticamente al dejar de ser presionadas por el operario y las mangueras y sus conexiones deben estar firmemente fijadas a los tubos.

Implementos de protección personal

Los EPP comprenden todos aquellos dispositivos, accesorios y vestimentas de diversos diseños que emplea el trabajador para protegerse contra posibles lesiones. Los equipos de protección personal (EPP) constituyen uno de los conceptos más básicos en cuanto a la seguridad en el lugar de trabajo y son necesarios cuando los peligros no han podido ser eliminados por completo o controlados por otros medios como por ejemplo: Controles de Ingeniería.

Se clasifican en:[image]

1. Protección a la Cabeza.

  • Los elementos de protección a la cabeza, básicamente se reducen a los cascos de seguridad.
  • Los cascos de seguridad proveen protección contra casos de impactos y penetración de objetos que caen sobre la cabeza.
  • Los cascos de seguridad también pueden proteger contra choques eléctricos y quemaduras.
  • El casco protector no se debe caer de la cabeza durante las actividades de trabajo, para evitar esto puede usarse una correa sujetada a la quijada.
  • Es necesario inspeccionarlo periódicamente para detectar rajaduras o daño que pueden reducir el grado de protección ofrecido.

[image]2. Protección de Ojos y Cara. Todos los trabajadores que ejecuten cualquier operación que pueda poner en peligro sus ojos, dispondrán de protección apropiada para estos órganos. Los anteojos protectores para trabajadores ocupados en operaciones que requieran empleo de sustancias químicas corrosivas o similares, serán fabricados de material blando que se ajuste a la cara, resistente al ataque de dichas sustancias. Para casos de desprendimiento de partículas deben usarse lentes con lunas resistentes a impactos. Para casos de radiación infrarroja deben usarse pantallas protectoras provistas de filtro. También pueden usarse caretas transparentes para proteger la cara contra impactos de partículas.

Protección para los ojos: son elementos diseñados para la protección de los ojos, y dentro de estos encontramos: Contra proyección de partículas, Contra líquidos, humos, vapores y gases; y Contra radiaciones.[image]

Protección a la cara:  son elementos diseñados para la protección de los ojos y cara, dentro de estos tenemos:

  • Mascaras con lentes de protección (mascaras de soldador), están formados de una máscara provista de lentes para filtrar los rayos ultravioletas e infrarrojos.
  • Protectores faciales, permiten la protección contra partículas y otros cuerpos extraños. Pueden ser de plástico transparente, cristal templado o rejilla metálica.

3 Protección de los Oídos. Cuando el nivel del ruido exceda los 85 decibeles, punto que es considerado como límite superior para la audición normal, es necesario dotar de protección auditiva al trabajador. Los protectores auditivos, pueden ser: tapones de caucho o orejeras ( auriculares). Hay dos tipos:

  • Tapones, son elementos que se insertan en el conducto auditivo externo y permanecen en posición sin ningún dispositivo especial de sujeción.
  • Orejeras, son elementos semiesféricos de plástico, rellenos con absorbentes de ruido (material poroso), los cuales se sostienen por una banda de sujeción alrededor de la cabeza.

[image] [image]

4 Protección Respiratoria. Ningún respirador es capaz de evitar el ingreso de todos los contaminantes del aire a la zona de respiración del usuario. Los respiradores ayudan a proteger contra determinados contaminantes presentes en el aire, reduciendo las concentraciones en la zona de respiración por debajo del TLV u otros niveles de exposición recomendados. El uso inadecuado del respirador puede ocasionar una sobre exposición a los contaminantes provocando enfermedades o muerte.

[image] [image]

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5 Protección de Manos y Brazos. Los guantes que se doten a los trabajadores, serán seleccionados de acuerdo a los riesgos a los cuales el usuario este expuesto y a la necesidad de movimiento libre de los dedos. Los guantes deben ser de la talla apropiada y mantenerse en buenas condiciones. No deben usarse guantes para trabajar con o cerca de maquinaria en movimiento o giratoria. Los guantes que se encuentran rotos, rasgados o impregnados con materiales químicos no deben ser utilizados.

[image]Existen diferentes tipos de guantes para cada utilización, tales como la manipulación de materiales ásperos o bordes filosos, para revisar trabajos de soldadura o donde haya riesgo de quemaduras, para trabajos eléctricos y para la manipulación de sustancias químicas.

6 Protección de Pies y Piernas.

El calzado de seguridad debe proteger el pie de los trabajadores contra humedad y sustancias calientes, contra superficies ásperas, contra pisadas sobre objetos filosos y agudos y contra caída de objetos, así mismo debe proteger contra el riesgo eléctrico. A su vez el tipo de calzado también es importante: para trabajos donde haya riesgo de caídas de cuero con punta de metal, para trabajos eléctricos calzado de cuero sin ninguna parte metálica y suela aislante, para trabajos con medios húmeros se usan botas de goma con suela antideslizante.

7 Cinturones de seguridad para trabajo en altura.

Son elementos de protección que se utilizan en trabajos efectuados en altura, para evitar caídas del trabajador. Para efectuar trabajos a más de 1.8 metros de altura del nivel del piso se debe dotar al trabajador de Cinturón o Arnés de Seguridad enganchados a una línea de vida.

[image]

8 Ropa de Trabajo.[image]

Cuando se seleccione ropa de trabajo se deberán tomar en consideración los riesgos a los cuales el trabajador puede estar expuesto y se seleccionará aquellos tipos que reducen los riesgos al mínimo. La ropa de trabajo no debe ofrecer peligro de engancharse o de ser atrapado por las piezas de las máquinas en movimiento. No se debe llevar en los bolsillos objetos afilados o con puntas, ni materiales explosivos o inflamables. Es obligación del personal el uso de la ropa de trabajo dotado por la empresa mientras dure la jornada de trabajo.

 

9 Ropa Protectora.

Es la ropa especial que debe usarse como protección contra ciertos riesgos específicos y en especial contra la manipulación de sustancias cáusticas o corrosivas y que no protegen la ropa ordinaria de trabajo. Los vestidos protectores y capuchones para los trabajadores expuestos a sustancias corrosivas u otras sustancias dañinas serán de caucho o goma. Para trabajos de función se dotan de trajes o mandiles de asbesto y últimamente se usan trajes de algodón aluminizado que refracta el calor. Para trabajos  en equipos que emiten radiación (rayos x), se utilizan mandiles de plomo.

 

REPRESENTACIÓN GRÁFICA

Diagrama de control magnéticos

Diagrama de control hidraúlico

A+ b+ c+ c- b- a-

[image]

A+b+b-a- neumático con resorte

[image]

A+b+b-a- eléctrico sin resortes

[image]

A+b+b-a- eléctrico sin resortes automático con temporizador

[image]

Electroneumático

Diferentes circuitos electroneumáticos a continuación:

I.MANDO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO. El vástago de un cilindro de simple efecto ha de salir al ser accionado de un pulsador. Al Soltar el pulsador, el émbolo ha de regresar a la posición final trasera.

[image] 

SOLUCIÓN 1. – MANDO DIRECTO. Por el contacto del pulsador S1, el circuito queda cerrado. En la bobina 1Y se genera un campo magnético. La armadura en la bobina invierte la válvula y franquea el paso para el aire comprimido. Este fluye de (1) hacia (2) llegando al cilindro, cuyo émbolo es enviado a la posición de salida del vástago. Soltando el pulsador S1, el circuito queda interrumpido. El (1Y) campo magnético en la bobina desaparece, la válvula distribuidora 3/2 vuelve a la posición inicial, el émbolo regresa a la posición retraída.

II.MANDO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO. El vástago de un cilindro de doble efecto ha de salir, como en el caso anterior, accionando un pulsador; soltando el pulsador ha de regresar a la posición inicial.

[image] 

[image]

Solución: El mando del cilindro de doble efecto tiene lugar a través de una válvula distribuidora 5/2. Por el accionamiento del pulsador S1, la bobina 1Y se excita. A través de un servo pilotaje por aire comprimido es gobernada la válvula distribuidora. El émbolo marcha a la posición anterior. Al soltar S1 surte efecto el muelle recuperador de la válvula distribuidora. El émbolo regresa a la posición inicial.

III.CONEXIÓN EN PARALELO “O” (CILINDRO DE SIMPLE Ó DE DOBLE EFECTO). La posición de reposo del cilindro es con el vástago fuera. El envío del émbolo a la posición posterior ha de ser posible desde dos puntos.

Solución: Por el accionamiento del pulsador S1 ó S2 queda excitada la bobina 1Y. La válvula distribuidora (3/2 ó 5/2) conmuta, el émbolo retrocede hasta el inicio de carrera. Soltando el o los pulsadores accionados queda anulada la señal en 1Y, la válvula conmuta y el émbolo vuelve a la posición inicial.

[image]

IV.CONEXIÓN EN SERIE “Y” (CILINDRO DE SIMPLE Ó DE DOBLE EFECTO). La posición base del cilindro es la posterior. Un vástago debe salir, al ser accionados dos pulsadores simultáneamente.

Solución: Al accionar los pulsadores S1 y S2, el circuito se cierra. Queda excitada la bobina 1Y. La válvula distribuidora (3/2 ó 4/2) conmuta, el émbolo se mueve hacia la posición final delantera. Soltando uno o los dos pulsadores queda anulada la señal en 1Y, la válvula se reposiciona y el émbolo vuelve a la posición inicial.

[image]

V.MANDO INDEPENDIENTE EN AMBOS LADOS. El émbolo del cilindro ha de avanzar a la posición anterior previo accionamiento del pulsador S1, allí ha de permanecer hasta que es accionada la carrera de retroceso a través del pulsador S2.

Solución: Al accionar el pulsador S1, la bobina 1Y1 se excita. La válvula se invierte y permanece en esta posición hasta que a través del pulsador S2 actúa una señal sobre la bobina 1Y2. El vástago sale. Cuando la bobina 1Y2 se excita, la válvula distribuidora 3/2 ó 5/2 vuelve a la posición de dibujo y el émbolo regresa a la posición inicial (inicio de carrera).

Electrohidraúlico

Circuitos básicos con un solo cilindro. Entre los diagramas de electrohidraúlico tenemos:

Mando de un cilindro de doble efecto con válvula 4/2 monoestable. El vástago de un cilindro de doble efecto ha de salir al ser accionado de un pulsador So. Al soltar el pulsador, el émbolo ha de regresar a la posición final trasera (cilindro recogido).

[image]

Solución 1 (Accionamiento directo de una electroválvula). Por el contacto del pulsador So, el circuito de 24 V queda cerrado. En la bobina Y1 se genera un campo magnético La armadura en la bobina franquea el paso para el aceite. El aceite fluye de (P) hacia (B) llegando al cilindro, cuyo émbolo es enviado a la posición de salida del vástago.

Soltando el pulsador So, el circuito queda interrumpido. El campo magnético en la bobina desaparece, la válvula distribuidora 4/2 vuelve a la posición inicial, el émbolo regresa a la posición retraída.

Solución 2: (Accionamiento indirecto de una electroválvula). En la segunda solución, un relé K1 es pilotado por el pulsador So. A través de un contacto de cierre de K1 queda pilotada la bobina Y1 (pilotaje indirecto). La solución 2 es preciso aplicarla, cuando la potencia de ruptura de los transmisores de señales (So) no basta para conmutar la bobina Y1 o cuando el trabajo siguiente sucede con otra tensión (220 V). Por lo demás es precisa la conexión a través de relés, cuando hacen falta combinaciones y enclavamientos.

Mando de un cilindro de doble efecto con válvula 4/3. El cilindro de doble efecto ha de salir al ser accionado de un pulsador S1 y regresar al accionar el pulsador S2.

[image]

Solución 1 (Accionamiento directo de una electroválvula 4/3). Con el uso de dos pulsadores S1 y S2 de conexión – desconexión es possible gobernar directamente la electroválvula 4/3, este circuito impide que las bobinas estén activas simultáneamente. Las bobinas se activaran mientras se tenga pulsados S1 o S2 de lo contrario la válvula toma la posición central.

Solución 2: (Accionamiento indirecto de una electroválvula 4/3). Con el uso de dos pulsadores S1 y S2 normalmente abiertos es posible gobernar directamente la electroválvula 4/3,haciendo uso de los relés K1 y K2 los cuales manejan las respectivas bobinas, el circuito cuenta con contactos de enclavamiento eléctrico que impide que los dos relés estén activos simultáneamente. Las bobinas se activaran mientras se tenga pulsados S1 o S2 de lo contrario la válvula toma la posición central.

Diagramas en escalera

Los diagramas de escalera o ladder logic son programas muy utilizados para programar PLC o autómatas programables. El diagrama de escalera fue uno de los primeros lenguajes utilizados para programar PLCs debido a su similitud con los diagramas de relés que los técnicos ya conocían. Este lenguaje permite representar gráficamente el circuito de control de un proceso, con ayuda de símbolos de contactos normalmente cerrados (N.C.) y normalmente abiertos (N.A.), relés, temporizadores, contadores, registros de desplazamiento, etc.. Cada uno de estos símbolos representa una variable lógica cuyo estado puede ser verdadero o falso.

[image]En el diagrama de escalera, la fuente de energía se representa por dos “rieles” verticales, y las conexiones horizontales que unen a los dos rieles, representan los circuitos de control. El riel o barra del lado izquierdo representa a un conductor con voltaje positivo y el riel o barra de lado derecho representa tierra o masa. El programa se ejecuta de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha.

Observar el diagrama anterior, donde se muestra el circuito para el accionamiento de un motor. Este motor se activa cuando el interruptor SW se cierra y permite el paso de corriente del riel del lado izquierdo al riel del lado derecho a través de él. Acordarse que el riel izquierdo es el conductor con voltaje y el riel o barra derecha está a tierra.

[image]

En el siguiente diagrama se grafica la representación del anterior diagrama en lenguaje de escalera.

– “X” representa el interruptor normalmente abierto y se representa con esa letra porque es una entrada. “Y” representa al motor que se desea activar y se representa con esa letra porque es una salida. Cuando se activa X, se completa el circuito entre el riel izquierdo y el riel derecho a través del motor (Y), que se pone en funcionamiento. Cuando se desactiva X, se abre el circuito entre el riel izquierdo y el riel derecho y el motor deja de funcionar.

ELECTRICIDAD BÁSICA

Corriente, voltaje y resistencia

Corriente. Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

Voltaje. El voltaje es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro. El voltaje es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo eléctrico, que es un campo conservativo. Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa, esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico. Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica. Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial se defina como cero.

Resistencia. Se denomina resistencia eléctrica, R, de una sustancia, a la oposición que encuentra la corriente eléctrica para recorrerla. Su valor se mide en ohmios y se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω). La materia presenta 4 estados en relación al flujo de electrones. Éstos son Conductores, Semi-conductores, Resistores y Dielectricos. Todos ellos se definen por el grado de oposición a la corriente electrica (Flujo de Electrones). Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.

La resistencia eléctrica se mide con el Ohmímetro es un aparato diseñado para medir la resistencia eléctrica en ohmios. Debido a que la resistencia es la diferencia de potencial que existe en un conductor dividida por la intensidad de la corriente que pasa por el mismo, un ohmímetro tiene que medir dos parámetros, y para ello debe tener su propio generador para producir la corriente eléctrica.

Asociación de resistencias

[image]A una misma fuente de corriente se pueden conectar o asociar dos o m ás resistencias; esto se puede hacer de dos maneras: en serie y en paralelo. En la práctica, muchas resistencias son aparatos que transforman la energía  eléctrica en otra diferente. Ejemplos: lavadoras, maquinilla de afeitar, planchas, hornillos, etc…

Resistencias en serie: En la figura se han conectado tres ampolletas en serie. Las ampolletitas del árbol de Pascua están conectadas en serie, si sacas una de ellas (o se quema) se apagan todas porque el circuito queda interrumpido.

Las características de las resistencias conectadas en serie son:

a) por cada resistencia circula la misma corriente I = I1 = I2 = I3

b) la tensión de la fuente es igual a la suma de las tensiones de cada una de las resistencias

V = V1 + V2 + V3

c) la resistencia equivalente a todas ellas es igual a la suma de cada una de las resistencias

R = R1 + R2 + R3

[image]

Resistencias en paralelo: En la figura se han conectado tres ampolletas en paralelo.

Las ampolletas de una mesa del comedor están conectadas en paralelo, si se quema una de ellas no se apagan las otras porque cada una está conectada en forma independiente a la fuente de corriente. Las características de las resistencias conectadas en paralelo son:

a) la corriente que produce la fuente de corriente es igual a la suma de la corriente que circula por cada Resistencia I = I1 + I2 + I3

b) la tensión de la fuente es igual a la tensión de cada una de las resistencias V = V1 = V2 = V3

c) la resistencia equivalente a todas ellas es igual a la suma del inverso de cada resistencia

[image]

Ley de Ohms

Ohm realizó numerosos experimentos analizando los valores de estas tres magnitudes observando que si aumentaba la resistencia manteniendo fija la intensidad, aumentaba el voltaje. Si aumentaba la intensidad manteniendo fija la resistencia, aumentaba el voltaje. Es decir la resistencia y la intensidad son directamente proporcionales al voltaje.

Estos experimentos llevaron a Ohm a enunciar su ley para el cálculo de las magnitudes básicas de un circuito eléctrico de la siguiente forma:

V = I · R

Ley de Ohm define la unidad de resistencia eléctrica así como también el voltaje y la corriente, haciendo sencillos despejes de las ecuaciones presentadas, siempre y cuando se tengan dos valores conocidos y una sola incógnita.

Fórmulas según la variable a buscar:

Despejando para P (potencia en watts o vatios) se obtiene: P = V2 / R, P = I2 x R, P = V x I

Despejando para I (corriente en amperios) se obtiene: I = V / R, I = P / V, I = (P / R)1/2

Despejando para R (resistencia en ohmios) se obtiene: R = V / I, R = V2 / P, R = P / I2

Despejando para V (Voltaje en voltios) se obtiene: V = (P x R)1/2, V = P / I, V = I x R

Ley de Potencia

Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra “P”. Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de energía eléctrica. La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se representa con la letra “W”.

Cálculo de potencia en una carga activa (resistiva). La forma más simple de calcular la potencia que consume una carga activa o resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el valor de la tensión en volt (V) aplicada por el valor de la intensidad (I) de la corriente que lo recorre, expresada en amper. Para realizar ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula:

[image] formula 1

El resultado de esa operación matemática para un circuito eléctrico monofásico de corriente directa o de corriente alterna estará dado en watt. Si sustituimos la “P” que identifica la potencia por su equivalente, es decir, la “W” de watt, tenemos también que: P = W, por tanto, W

Si ahora queremos hallar la intensidad de corriente (I) que fluye por un circuito conociendo la potencia en watt que posee el dispositivo que tiene conectado y la tensión o voltaje aplicada, podemos despejar la fórmula anterior de la siguiente forma y realizar la operación matemática correspondiente:

[image] formula 2

Si observamos la fórmula 1 expuesta al inicio, veremos que el voltaje y la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son directamente proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o disminuye de forma proporcional. De ahí se deduce que, 1 watt (W) es igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito, multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado, tal como se representa a continuación. 1 watt = 1 volt · 1 ampere

Ley de Kirchoff

Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff. Son ampliamente usadas en ingeniería eléctrica. Ambas leyes de circuitos pueden derivarse directamente de las ecuaciones de Maxwell, pero Kirchhoff precedió a Maxwell y gracias a Georg Ohm su trabajo fue generalizado. Estas leyes son muy utilizadas en ingeniería eléctrica e ingeniería eléctronica para hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito eléctrico.

[image]

Ley de las corrientes o primera ley de Kirchhoff. La corriente entrante a un nodo es igual a la suma de las corrientes salientes. Del mismo modo se puede generalizar la primer ley de Kirchoff diciendo que la suma de las corrientes entrantes a un nodo son iguales a la suma de las corrientes salientes.

I1 – I2 – I3 = 0

La ley de las corrientes o primera ley de Kirchhoff establece que en cada instante la suma algebraica de las corrientes en un nodo es igual a cero, esto es, la suma de las corrientes que entran al nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del mismo. Por tanto: Σ Corrientes entrantes al nodo = Σ Corrientes salientes del nodo. La primera ley de Kichhoff se cumple como consecuencia del Principio de conservación de la carga. El número de ecuaciones a escribir para un circuito de acuerdo a la primera ley de Kirchhoff se determina de acuerdo a la siguiente ecuación: Número de ecuaciones de acuerdo a la primera ley de Kirchhoff = n – 1. donde: n- número de nodos en el circuito.

Ejemplo: Si una resistencia de 500 O está en paralelo con una de 1200 O, la resistencia total es:

R = 500×1200/500+1200=600000 / 1700 =353

Ley de los voltajes o segunda ley de Kirchhoff. En un circuito cerrado, la suma de las tensiones de batería que se encuentran al recorrerlo siempre serán iguales a la suma de las caídas de tensión existente sobre los resistores.

VAB = V1 + V2 + V3

La ley de los voltajes o segunda ley de Kirchhoff expresa que la suma algebraica de las diferencias de potencial existentes alrededor de cualquier trayectoria cerrada en un circuito eléctrico es igual a cero, o sea, la suma algebraica de las fem en cada trayectoria cerrada es igual a la suma algebraica de la caídas de potencial I R en la propia trayectoria y en cada instante de tiempo, lo cual puede expresarse como: Σ E = Σ IR.

Ejemplo: La misma FEM, 250 V, se aplica a todas las resistencias.

[image]

La corriente en cada una puede obtenerse de la ley de Ohm como se muestra más abajo, siendo I1 la corriente a través de Rl, I2 la corriente a través de R2, e I3 la corriente a través de R3. Por conveniencia, la resistencia se expresará en kilohms, por tanto la corriente estará en miliamperios.

I1=E / R1=250 / 5 = 50mA

I2 = E / R2 = 250 / 20 =12,5mA

I3 = E / R3 = 250 / 8 = 31,25 mA

La corriente total es I total =I1 + 12 + 13 = 50 + 12,5 + 31,25 = 93,75 mA

Rtotal= E / I = 250 / 93,75 = 2,667 KO

Elementos pasivos (resistencia, capacitores, inductores)

Resistencia. El concepto de resistencia (resistencia pura u óhmica) es, simplemente, el de la oposición que ofrece un conductor al paso de la corriente eléctrica en función de su naturaleza (resistividad), longitud y sección a una temperatura dada. Las llamadas resistencias aglomeradas están constituidas por una mezcla de materiales, por lo general carbón, y un aglutinante adecuado, todo ello moldeado en forma de cilindro, en cuyas bases se fijan sendos conductores de cobre, envolviéndose todo el conjunto con una cubierta de material plástico o cerámico. Los valores de ohmios de estas resistencias se indican en la cubierta mediante un código de colores, constituido por combinaciones de franjas de distinto color.

La tolerancia indica el error relativo en la medida de la resistencia.

El valor de la resistencia viene dado: R = p *L / S

[image] 

Condensador. Por condensador se entiende un dispositivo capaz de almacenar carga eléctrica en superficies relativamente pequeñas. Consta de dos placas metálicas, o armaduras, separadas por una sustancia no conductora (dieléctrico). Una de las armaduras se conecta a uno de los bornes del generador (armadura inductora), y la otra (armadura inducida) a masa. Se llama carga de un condensador a la que existe en cualquiera de sus armaduras. La carga almacenada en un condensador es directamente proporcional al valor de la tensión que extiste entre sus armaduras, cumpliendose que: Q =  C * V, donde C representa la llamada capacidad del condensador, cuyo valor, medido en unidades internacionales , se expresa en Faradios (F). Un condensador tiene la capacidad de un faradio, cuando al someter sus armaduras a la tensión de 1 Voltio, en cada una de ellas se almacena una carga de 1 culombio.

[image]

Bobina. Una bobina o solenoide consiste en un conductor arrollado en espiral sobre un núcleo neutro (no conductor), frecuentemente de material magnético.

Elementos activos (fuente de tensión, fuente de corriente)

Los elementos activos son las fuentes de energía, las cuales introducen en los circuitos energía eléctrica procedente de la transformación de otras formas energéticas.

Fuente de Tensión. Un generador de tensión real es aquel elemento del circuito que proporciona una energía eléctrica con una determinada tensión v(t) que depende de la corriente que pasa por él. La relación v-i en estos generadores es una línea recta, de pendiente negativa, como se muestra en la Fig. a; esto es debido a que el generador real de tensión presenta en general una cierta impedancia (que en el caso de D.C. se convierte en una resistencia) en la que se produce una caída de tensión. Por ello, el símbolo de un generador real de tensión está representado por un generador ideal más una impedancia en serie. El valor de la tensión vg del generador ideal es el correspondiente al punto en el que la característica v-i (Fig. a), corta al eje de ordenadas.

[image]

La potencia eléctrica suministrada por un generador de tensión real, con el convenio de corrientes y tensiones conocido será: [image][image]

Fuente de Corriente. Un generador de corriente real es un elemento activo que proporciona energía eléctrica con una determinada i(t) que depende de la tensión en bornes. La relación v-i en estos generadores es una línea recta de pendiente negativa, como se muestra en la Fig.a; esto es debido a que el generador real de corriente presenta, en general, una admitancia en paralelo (que en el caso de D.C. se convierte en una conductancia), en la que se produce una derivación de corriente i1 (ver Fig. b). Por ello, el símbolo del generador real de corriente está representado por un generador ideal con una admitancia en paralelo.

El valor de la corriente ig del generador ideal es el correspondiente al punto en el que la característica v-i corta al eje de abcisas. La potencia eléctrica suministrada por un generador de corriente real es: [image]

 

INSTALACIONES ELECTRICAS

Dimensionamiento de sistema eléctrico básico

Pasos sugeridos de un diseño eléctrico.

1. Definir las cargas individuales en una planta arquitectónica.

2. Coordinar el punto de entrega de la acometida más adecuada.

3. Calcular la carga total y seleccionar la capacidad del transformador.

4. Coordinar la ubicación del transformador y del equipo de servicio.

5. Segregar las áreas que llevaran medición separada.

6. Ubicar los tableros de distribución, de alumbrado y fuerza.

7. Ubicar las bombas de extinción de incendio.

8. Ubicar los equipos especiales, A/Ac, ventilación, elevadores, agua caliente, etc.

9. Ubicar las bombas de los tanques de agua portable.

10. Ubicar el cuarto de generador de emergencia.

11. Determinar el tamaño de los alimentadores y circuitos ramales.

12. Determinar las protecciones requeridas.

13. Definir el sistema de canalización a utilizarse.

Memoria Técnica. Documento requerido para todo diseño eléctrico, exceptuando viviendas unifamiliares. Contenido de la memoria técnica.

1. Características del proyecto y criterios de diseño utilizados.

2. Métodos, formulas, tablas, monogramas y graficas empleadas, procedencia o fuente.

3. Cálculos de carga.

4. Cálculos de dimensionamiento de alimentadores y caídas de voltaje.

5. Calculo de niveles de cortocircuito y protección.

SISTEMA ELÉCTRICO

1 fase ,2 hilos | 120 volts | kioscos |

1 fase, 3 hilos | 120/240 volts | Residencia, comercio pequeño |

1 fase, 3 hilos |

120/208 volts | Residencia, comercio pequeño |

3 fases, 4 hilos | 240/120 Δ | Industria, comercio |

3 fases, 4 hilos | 208 Y/120 | Industria, comercio, condominios. |

3 fases, 4 hilos | 480 Y/277 | Industria y comercio |

3 fases, 3 hilos | 480 Δ | Industria |

CAPACIDADES, FUSIBLES DE INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS

FUSIBLES E INTERRUPTORES

| Paneles | 400, 450, 500, 550, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1600, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 6000 Amp.

| Monofásicos 40,70, 100, 125, 150, 200, 225, 300, 400, 600 Amp.

| Trifásicos 60, 125,150, 200, 225, 300, 400, 600 amp. |

Cálculos de la caída de voltaje; volts vd= 2k x L x ICm ;

Circuito trifásico Vd1.73 k*L*ICm ;donde:

Vd. = caída de voltaje .volts

I =Corriente en el conductor, amperes

L= longitud del circuito en pies lineal.

Cm=área desección transversal (MCM)del conductor.

K= resistencia en ohms de MCM por pie de conductor.

NOTA:

* k=12.9 para conductor cobre 75C

k= 21.2 para conductor aluminio 75C

Selección de interruptores termomagnéticos. En caso de selección de un interruptor termomagnético de un circuito, este se debe seleccionar, una vez calculada la corriente de protección, siendo esta: Ip=1.25*In, donde:

Ip = corriente protección en amperes.

In= corriente nominal del circuito en amperes.

NOTA*. La corriente nominal del interruptor no debe ser superior a la capacidad de corriente del conductor.

Normas básicas de instalaciones eléctricas

Con aplicación de energía

Se recomienda no realizar servicio con aplicación de energía en el punto de trabajo, pero si se tuviera que hacer porque no hay otra posibilidad, tenga en cuenta las siguientes recomendaciones:

  • No utilice ropa húmeda y especialmente zapatos mojados. El cuerpo debe estar también seco.
  • Coloque entre el punto de trabajo y el piso un material aislante y pise sobre él.
  • Trabaje línea por línea. Cuando trabaje una línea, la otra, así como los contactos adyacentes deben estar aislados.
  • Trabaje con herramientas en buen estado, aisladas y limpias.
  • Terminado el trabajo en un punto determinado, aíslelo adecuadamente. Terminado todo el trabajo, esconda los conductores y cubra o tape estos conductores.
  • En el supuesto de que, por cualquier razón, no pueda terminar en el punto de trabajo no deje los conductores sin aislamiento.
  • Use una escalera. No haga pirámides con tablas, sillas, mesas o cualquier otro objeto. Cuando use una escalera simple, tenga en cuenta que se puede resbalar con cualquier movimiento.
  • Si no está seguro que, en el punto por trabajar, existe o no tensión, tome las precauciones como si existiera tensión.

Sin aplicación de energía

  • Antes de trabajar un punto determinado, saque de servicio dicho punto, manipulando su respectiva llave en el tablero de distribución.
  • No pase por los ductos mayor cantidad de conductores que lo permitido por los planos y las tablas respectivas.
  • Al pasar alambres, una persona debe jalar la huincha guía y la otra persona debe guiar el ingreso de los conductores para que el aislamiento no se deteriore.
  • Realice las uniones y empalmes de acuerdo a las indicaciones que se dan en las clases teóricas, así como los encintados de acuerdo a lo requerido. Así evitará posibles cortos circuitos por deficiencias en el trabajo de uniones, empalmes y protección inadecuada de estos trabajos.
  • Si realiza algún cambio en el plano, debe indicarlo en el mismo para su futura ubicación.

[image]Sistema de puesta a tierra

Un sistema de puesta a tierra consiste en la conexión de equipos eléctricos y electrónicos a tierra, para evitar que se dañen los equipos en caso de una corriente transitoria peligrosa, o también que por falta de aislamiento en uno de los conductores y al quedar en contacto con las placas de los contactos y ser tocados por alguna persona pudiera ocasionarle lesiones o incluso la muerte.

Por estas razones, se recomienda que se realicen las instalaciones de puesta a tierra por que la corriente siempre busca el camino más fácil por donde poder pasar, y al llegar a tierra se disipa por esta esto si se tiene una resistividad muy baja en el terreno donde se realizo la instalación.

El objetivo de un sistema de puesta a tierra es:

  • El de brindar seguridad a las personas
  • Proteger las instalaciones, equipos y bienes en general, al facilitar y garantizar la correcta operación de los dispositivos de protección.
  • Establecer la permanencia, de un potencial de referencia, al estabilizar la tensión eléctrica a tierra, bajo condiciones normales de operación.
  • Mejorar calidad del servicio
  • Disipar la corriente asociada a descargas atmosféricas y limitar las sobre tensiones generadas.
  • Dispersar las cargas estáticas a tierra.

Los elementos que usamos para efectuar una instalación de puesta a tierra son los siguientes:

  • Electrodos: Estas son varillas (generalmente de cobre) que sean resistentes a la corrosión por las sales de la tierra, que van enterradas a la tierra a una profundidad de 3m para servirnos como el elemento que nos disipara la corriente en la tierra en caso de alguna falla de nuestra instalación o de alguna sobrecarga, las varillas más usadas para este tipo de instalaciones son las varillas de marca copperwell ya que son las que cumplen con las mejores características.
  • Conductor o cable: este como ya se había mencionado es el que nos permitirá hacer la conexión de nuestro electrodo hacia las demás partes dentro de nuestro edificio. Debe procurarse que este cable no sea seccionado y en caso de ser necesario debe preferentemente ser soldado para poder asegurarse de su contacto y continuidad del sistema de conexión, pero hay que aclarar que no se puede usar cualquier soldadura sino que debe usarse soldadura exotérmica, ya que al calentar el cobre del conductor este puede dañarse y ya no tendría un buen contacto con la soldadura que se le coloque.

Otra cosa importante sobre este conductor es de que debe procurarse usar un cable desnudo para que todas las partes metálicas de la instalación queden conectadas a tierra. En el caso de que se use un cable con aislante este debe ser color verde para poder distinguirlo de los otros cables.

Los fenómenos fisiológicos que produce la corriente eléctrica en el organismo humano dependen del valor de la intensidad de la corriente, tiempo de duración del contacto, callosidad, sexo, estado de epidermis, peso, altura, estado de ánimo, estado del punto de contacto a tierra.

Sistema de apartarayos[image]

Los pararrayos consisten en un mástil, una base y una punta o cabeza captora. Esta últimapuede tener muchas formas en función de su principio de funcionamiento. Independientemente del tipo de punta, ésta se encuentra unida a la tierra del planeta mediante un conductor especial para pararrayos, regularmente es trenzado y de diferentes números de hilos.

El diseño de un sistema integral de protección contra rayos obedece a un análisis particular de cada instalación, en el cual se tome en cuenta los niveles isoceraúnicos de la zona, la importancia de la instalación, los riesgos que representan las sustancias que pueden manejarse, la vida de las personas, etc. De manera que la decisión del tipo de configuración del sistema depende de un análisis de riesgos y es a partir de ahí que se lleve a cabo la protección.

Un sistema de protección contra descargas, llamado de pararrayos, debe:

  • Capturar el rayo en el punto diseñado para tal propósito llamado terminal aérea.
  • Conducir la energía de la descarga a tierra, mediante un sistema de cables conductores que transfiere la energía de la descarga mediante trayectorias de baja impedancia, y;
  • Disipar la energía en un sistema de terminales (electrodos) en tierra.

Dónde se requiere utilizar un sistema de Pararrayos

  • Edificios o zonas abiertas con concurrencia de público.
  • Edificaciones de gran altura y en general, construcciones elevadas (pilares, depósitos de agua, faros, antenas, torres…).
  • Construcciones y depósitos en los que se manipulen y/o contengan materiales peligrosos (explosivos, inflamables, tóxicos..).
  • Edificio que contengan equipos ó documentos especiales vulnerables ó valiosos (Instalaciones de Telecomunicaciones, ordenadores, archivos, muses, monumentos históricos, patrimonios culturales….) y en general estructuras utilizadas para fines comerciales, industriales, agrícolas, administrativos ó residenciales.

[image]Circuito ramales

Los circuitos ramales son el eslabón entre los equipos de servicio y las cargas o equipos de utilización, parten desde los tableros de distribución y transportan la energía eléctrica hasta los puntos de utilización. Están formados por dos o tres conductores de cobre aislados. Se clasifican en:

  1. Circuitos de alumbrado: para iluminación y artefactos de baja potencia eléctrica, conectados en forma fija (como las luces) o por medio de tomacorrientes (como el televisor o lámparas de mesa)
  2. Circuitos de tomacorriente: Cuyo uso está destinado a equipos eléctricos portátiles que consuman hasta 15 A. Estos equipos se conectan por medio de enchufes.
  3. Circuitos individuales, cuyo uso está destinado a equipos o artefactos eléctricos que consuman más de 20 A y aquellos que por su alto consumo requieran de circuitos individuales (como las cocinas eléctricas de 4 hornillas con horno, secadoras de ropa o bombas de agua

La norma NTC 2050 (210-52) determina que se deben conformar circuitos ramales así:

  • 15 o 20 Amperios para salidas generales (tomas, Luminarias).
  • 30 Amperios para alumbrado especial (reflectores de sodio, mercurio, alógenos etc.)
  • 40 o 50 Amperios para tomas especiales (estufa, calentadores de agua etc.).

Aunque la norma indica que se pueden constituir circuitos de luminaria y tomas en uno solo, se recomienda colocar los circuitos de luminarias aparte de los circuitos para tomas generales, permitiendo tener de esta manera, en caso de un fallo de uno de los circuitos, suministro de voltaje del otro circuito de manera independiente.

Se debe entonces tomar el total de salidas de luminarias y multiplicarlas por 100VA, en el ejemplo sería: 15 x 100 = 1500VA.

Un circuito de luminaria no puede exceder de 2400VA, como el valor de 1500VA está dentro del valor permitido, quiere decir que esta instalación requiere de un circuito de 20 Amperios para todas las luminarias de la casa. Para determinar los circuitos ramales requeridos en la instalación, se toman la cantidad de salidas para tomas (excepto cocina, lavandería), y se multiplican por 180VA, en el ejemplo sería: 19 x 180 = 3420VA.

Un circuito para salida de tomacorrientes no puede exceder de 2400VA, como el valor de 3420VA está por encima de lo permitido, se requieren dos circuitos ramales de 20 Amperios cada uno. Se reparten las salidas en cada circuito en partes lo más iguales posibles, en el ejemplo como se tienen 19 salidas, se colocan 9 salidas en un circuito y 10 salidas en el otro, de esta manera las cargas quedan así: 9 x 180 = 1620VA 10 x 180 = 1800VA

En resumen la vivienda del ejemplo tendrá los siguientes circuitos:

  • Artefactos de cocina 20 Amperios          (3 salidas)
  • Lavadora y plancha 20 Amperios           (2 salidas)
  • Estufa 40 Amperios                                (1 salida)
  • Alumbrado 20 Amperios                         (15 salidas)
  • Tomas generales 20 Amperios                (9 salidas)
  • Tomas generales 20 Amperios                (10 salidas)

Se tiene que determina ahora qué tipo de sistema eléctrico se requiere para la vivienda, para esto, se necesita determina cual es la potencia total proyectada en la vivienda.

Es recomendable dejar 2 circuitos ramales de 20 Amperios libres como circuitos de reserva para futuras ampliaciones del sistema eléctrico.

Instalaciones eléctricas industriales

El alcance de trabajo de las instalaciones eléctricas industriales inicia con la construcción de la acometida eléctrica, esta puede ser de media, alta o baja tensión. En instalaciones eléctricas industriales, la totalidad de los circuitos de fuerza, de iluminación y de sistemas especiales tanto en nuevas construcciones como en remodelaciones, son responsabilidad del contratista eléctrico industrial.

Remodelación de Instalaciones Eléctricas Industriales. Cuando se requiere proveer capacidad adicional en edificios industriales ya construidos que requieren ampliarse, las instalaciones eléctricas industriales requieren de un análisis de cargas para proveer racionalmente los requerimientos crecientes de estos nuevos equipos, mediante modificaciones a la subestación o grupos motor generador. Dentro de esta sub especialidad se planea el servicio de mantenimiento a las instalaciones eléctricas industriales y a los equipos eléctricos utilizados en una planta industrial o edificio. De una instalación eléctrica industrial, el componente distintivo es la subestación eléctrica, y es que las empresas suministradoras de energía eléctrica comúnmente abastecen así a los grandes consumidores en media y alta tensión.

La Subestación Eléctrica de una Instalación Eléctrica Industrial. En este tipo de instalación eléctrica, el cliente es propietario del transformador reductor, y del equipo de switcheo necesario para operar los circuitos de esa instalación eléctrica industrial; todo este equipo es alojado en un gabinete denominado subestación compacta unitaria. Esta subestación unitaria, está conformada por tres secciones o compartimientos a saber, el de alta tensión, el de transformador reductor y el de baja tensión. Este es el núcleo de la instalación eléctrica de una nave industrial.

La sección o compartimiento de alta tensión en primer término recibe los conductores de la instalación eléctrica de la acometida principal mediante terminales adecuadas las cuales están sujetas a la estructura del compartimiento por medio de un yugo de madera.

En esta sección se instalan los transformadores de potencial y de corriente propiedad del suministrador seguidos por cuchillas desconectadoras de operación sin carga que obligatoriamente tienen un bloqueo mecánico que impide que sean abiertas con el interruptor principal en posición de cerrado, brindando seguridad al operario de esta instalación eléctrica industrial.

Otro componente importante de la instalación eléctrica industrial es el apartarrayos, se conecta al bus principal en las terminales de las cuchillas desconectadoras y brinda a la instalación eléctrica la protección contra voltajes transitorios y voltajes elevados sostenidos.

Para toda instalación eléctrica de acometida de media tensión, se debe de instalar un apartarrayos en cada conductor no puesto a tierra de la acometida aérea o subterránea, conforme lo estipula la NOM – 001- SEDE – 2005 en la Sección 280. Los conductores entre el apartarrayos y la red y entre el apartarrayos y la conexión de puesta a tierra no deben ser de un calibre inferior a 13,3 mm2 en cobre o 21,2 mm2 en aluminio (equivalente a 6 AWG y 4 AWG respectivamente).

En cualquier instalación eléctrica de subestación industrial se utilizan fusibles limitadores de corriente para media tensión, los cuales son utilizados como dispositivos de protección contra sobrecorriente en la instalación eléctrica, La selección adecuada de un fusible se basa en varios factores incluyendo entre otros la corriente nominal del circuito a proteger, el voltaje de operación, la frecuencia del sistema, la capacidad Interruptiva y la necesidad de una adecuada coordinación con otros dispositivos de protección contra sobrecorriente de la misma instalación eléctrica.

Fusibles de Potencia tipo Limitadores de corriente. En la instalación eléctrica de una planta industrial se utilizan los fusibles limitadores de corriente para media tensión, los cuales son usados como dispositivos de protección contra sobrecorriente dentro de la subestación compacta de acometida y dentro de las subestaciones compactas unitarias para la protección de circuitos alimentadores, motores, transformadores y capacitores.

Los factores que determinan la selección del fusible limitador adecuado son:

  • La corriente nominal de la carga alimentada (amperaje continuo).
  • El voltaje máximo de operación del circuito.
  • La frecuencia del sistema.
  • La capacidad Interruptiva necesaria.
  • La necesidad de coordinación de las protecciones de la propia instalación eléctrica.

Los voltajes de operación van desde los 2,400 Volts a los 34,500 Volts en 50 y 60 Hertz los cuales son los voltajes de distribución y frecuencias comunes en instalaciones eléctricas para plantas industriales y edificios comerciales.

Amperaje Continuo del Fusible. Los fusibles de media y alta tensión tienen una característica llamada amperaje continuo que consiste en el valor de la corriente que este puede conducir sin sufrir deterioro ni exceder los limites de temperatura especificados para ese fusible particular. Esta característica es conocida como el valor rms (root – mean – square) o equivalente de corriente directa. El fusible seleccionado deberá conducir toda la corriente nominal del circuito o equipo a proteger en esa instalación eléctrica industrial sin sobrecalentamientos, sin alterarse su característica de respuesta tiempo – corriente y sin sufrir daño mecánico. Por definición un fusible limitador de corriente es aquel que cuando su elemento sensible es fundido por una corriente dentro de su rango especificado, introduce abruptamente una alta resistencia para reducir la magnitud y duración de la intensidad de la corriente resultando en una interrupción total.

Además el fusible interrumpe en menos de medio ciclo pero al presentarse la fusión se produce un arco de alto voltaje a través de sus terminales. Normalmente el rango limitador abarca hasta 25 veces su corriente nominal restringiendo en este rango el flujo de energía y el pico de corriente.

En Instalaciones Eléctricas Industriales el pico de voltaje resultante de la operación del fusible limitador debe ser tomado en cuenta al hacer uso de este tipo de fusibles. El arco de voltaje entre las terminales del fusible es un transitorio y se asemeja a otros del mismo tipo como los que son producidos por los rayos o descargas atmosféricas y de switcheo de interruptores de potencia.

En instalaciones eléctricas industriales los fusibles limitadores de corriente son usados en combinación con apartarrayos de óxidos metálicos o de silicón para descargar a tierra el transitorio de voltaje producido durante la operación de apertura del fusible y prevenir el daño por sobretension del equipo protegido.

Criterios de Selección de Fusibles de Potencia en Instalaciones Eléctricas Industriales. Cuando se trata de la protección de un transformador de la instalación eléctrica por medio de fusibles de potencia del tipo limitador de corriente, las recomendaciones son las siguientes:

  • Seleccione el fusible de menor tamaño que soporte con un tiempo mínimo de fusión de 0,1 seg una corriente 12 veces la nominal del transformador a proteger.
  • Selecciona un fusible que soporte de forma continua 1,6 veces la corriente nominal del transformador a proteger.
  • Cumpla siempre los criterios de la sección 450 – 3 (a) (1) de la NOM-001-SEDE-2005.

En una instalación eléctrica industrial son generalmente preferidos los fusibles limitadores de corriente, sobre los interruptores de potencia en vacío o en SF6 por su precio y su bajo costo de mantenimiento y por ser extremadamente confiables en su operación. Hay que acotar que la mínima capacidad Interruptiva permitida para el fusible es la máxima potencia disponible de corto circuito en la instalación eléctrica industrial y se expresa en Amperes Simétricos.

Protección contra Sobrecorriente de Transformadores en Instalaciones Eléctricas Industriales. El ajuste máximo de un dispositivo de protección contra sobrecorriente para un transformador de más de 600 V se establece en la Sección 450 – 3 (a) (1) de la NOM-001-SEDE-2005. Para la utilización de esta tabla se requiere conocer el %Z del transformador a proteger, el dato viene en la placa de características de todos los transformadores de una potencia igual o mayor a 25 kVA. En la sección 450-11 de la NOM-001-SEDE-2005 Marcado. Se establece que cada transformador debe estar provisto de una placa de datos en la que se indique el nombre del fabricante, la capacidad nominal en kVA, la frecuencia, la tensión eléctrica en el primario y en el secundario, la impedancia para transformadores de 25 kVA y mayores y el espacio requerido para transformadores con aberturas de ventilación, la cantidad y clase de liquido aislante cuando se use.

La impedancia de un transformador es un factor determinante para predecir en una instalación eléctrica industrial el comportamiento del voltaje entre terminales bajo condiciones de carga plena y no carga así como para conocer la corriente en condiciones de corto circuito.

La impedancia de un transformador es determinada por su construcción física tal como el calibre del alambre en el devanado, el numero de vueltas y el tipo de acero utilizado en el núcleo y la eficiencia magnética de la construcción del núcleo. El porcentaje de impedancia es un valor empírico que puede utilizarse para predecir el comportamiento del transformador en condiciones anormales de operación. Comúnmente se utiliza el símbolo %Z para representar la impedancia. Los valores en porcentaje deben ser convertidos a forma decimal antes de ser utilizados en la fórmula matemática. El valor porcentual de la impedancia se convierte a un valor numérico utilizable en las formulas moviendo el punto decimal dos lugares hacia la izquierda, esto es si tenemos un transformador con 5.75 % de Z el valor decimal se convierte en 0.0575. Los valores de impedancia son adimensionales y solo representan un cociente. Por definición él %Z se mide cortocircuitando el secundario de un transformador y aplicando voltaje al devanado primario por medio de una fuente de poder variable de tal forma que cuando el secundario cortocircuitado tenga una circulación de corriente igual a la nominal del transformador se tome la lectura del voltaje aplicado y esta se divida entre el voltaje nominal del primario del transformador y luego expresada esta lectura como porcentaje.

Determinación del tamaño de un fusible en una Instalación Eléctrica Industrial. A manera de ejemplo para un transformador trifásico de 112,5 kVA con un secundario de 208/120V la corriente nominal será de: I = kVA/1.732 * .208I = 312,27 Amperes

La corriente de corto circuito trifásico será: Icc= In/%ZIcc = 312,27/0.055 Icc = 5,678 A Si él %Z de este transformador fuese 5,5 %. Pongamos ahora por caso que se tiene que seleccionar el fusible para proteger una instalación eléctrica con un transformador de 1,000 kVA con 23,000 Volts en el lado fuente y 480 Volts en el lado carga; y con 5,75 de %Z. En 450 – 3 (a) (1) de la NOM-001-SEDE-2005 se establece que el tamaño máximo de un fusible para un primario de 600 V o más y cuya impedancia es menor al 6%, debe ser el 300% de la corriente nominal como máximo. In = 1000 /1.732*23 In = 25.10 A

Por corriente nominal el tamaño mínimo será 25.10 A x 1.6 lo cual nos da 40.16 A de tamaño de fusible. Ahora: In x 300% = 25.10 x 3 = 75.3 pero en el mercado el fusible comercial inmediato es de 80 A. Con lo anterior inferimos que nuestro fusible estará entre los 40 Amperes y los 80 A. Ahora buscaremos en las curvas tiempo – corriente del fabricante y trazaremos una línea en 0.10 Segundos y otra sobre el valor de 12 x 25.10 = 301.2 A y en el cruce de estas dos líneas deberá ser un punto en la gráfica que represente la corriente de magnetización máxima que se presentará en el primario del transformador en el momento de su energización.

Nuestro objetivo será encontrar una curva que esté ligeramente arriba de este punto de inrush current (corriente de magnetización) para evitar que el fusible opere al conectar el transformador pero que sea de un fusible no mayor de In x 3.

MAQUINAS ELECTRICAS

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Transformadores su funcionamiento[image]

Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente.

Este elemento eléctrico se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, ya que si aplicamos una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, debido a la variación de la intensidad y sentido de la corriente alterna, se produce la inducción de un flujo magnético variable en el núcleo de hierro.

Este flujo originará por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en el devanado secundario. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.

Características de los transformadores

Las características más importantes en este aspecto son:

  • Tensión primaria: es la tensión a la cual se debe alimentar el transformador, dicho en otras palabras, la tensión nominal de su bobinado primario. En algunos transformadores hay más de un bobinado primario, existiendo en consecuencia, más de una tensión primaria.
  • Tensión máxima de servicio: es la máxima tensión a la que puede funcionar el transformador de manera permanente.
  • Tensión secundaria: si la tensión primaria es la tensión nominal del bobinado primario del transformador, la tensión secundaria es la tensión nominal del bobinado secundario. Este parámetro debe ser un valor da baja tensión, normalmente 400 V entre fases.
  • Potencia nominal: es la potencia aparente máxima que puede suministrar el bobinado secundario del transformador. Este valor se mide en kilovoltioamperios (KVA), siendo las más usuales de 63, 100, 200, 400 y 630 KVA.
  • Relación de transformación: es el resultado de dividir la tensión nominal primaria entre la secundaria.
  • Intensidad nominal primaria: es la intensidad que circula por el bobinado primario, cuando se está suministrando la potencia nominal del transformador. Dicho en otras palabras, es la intensidad máxima a la que puede trabajar el bobinado primario del transformador.
  • Intensidad nominal secundaria: al igual que ocurría con la intensidad primaria, este parámetro hace referencia a la intensidad que circula por el bobinado secundario cuando el transformador está suministrando la potencia nominal.
  • Tensión de cortocircuito: hace referencia a la tensión que habría que aplicar en el bobinado primario para que, estando el bobinado secundario cortocircuitado, circule por éste la intensidad secundaria nominal representada en porcentaje.

Polaridad del transformador[image]

La polaridad del transformador dependerá de cómo están devanadas las dos bobinas, no solamente respecto al núcleo sino que también respecto entre ellas. El punto negro representa la polaridad del transformador, algo que a lo mejor encontramos en los esquemas y, no necesariamente en la simbología general de diferentes tratados de electricidad y electrónica. En el dibujo podemos observar la disposición de los devanados de las dos bobinas. En el mismo dibujo, observamos que al lado de las salidas de las bobinas, se indica por donde sale el final de la última espira y, por donde entra el principio de la primera espira. Es lo que podemos denominar el sentido de los devanados. Esto es muy importante para saber la polaridad del transformador. En este primer dibujo, tanto el voltaje de la bobina primaria y el voltaje de la bobina secundaria se encuentran en fase. Esto sucede porque el pico de tensión máximo de la bobina primaria coincide con el pico de tensión máximo de la bobina secundaria.

Conexión del transformador

La conexión de los transformadores puede ser:

  • Conexión Y-y: se considera ventajosa cuando han de enlazarse dos sistemas de tensiones relativamente altas. No existe desplazamiento de fase entre las tensiones del primario y el secundario. La desventaja si la carga esta desbalanceada, los voltajes de las fases del transformador pueden llegar a desbalancear severamente. Los voltajes de terceras armónicas pueden ser grandes.
  • Conexión Y – Δ:  No tiene problemas con los componentes de tercer armónico de tensión, puesto que estos dan lugar a una corriente circulante en el lado conectado de delta. La conexión se comporta razonablemente bien bajo cargas desequilibradas, ya que el triangulo redistribuye parcialmente cualquier desequilibrio que se presente. Desventaja: debido a su conexión en delta en el secundario sufre un desplazamiento de 30°, en el secundario con respecto al primario. Este tipo de conexión se adapta particularmente bien a transformadores en sistemas de alta tensión en el extremo reductor de tensión de la línea.
  • Conexión Δ – y: Esta conexión presenta las misma ventajas y el mismo desplazamiento de fase que se la conexión Y-d. Se utiliza como transformador elevador en las redes de A.T. el empleo de la conexión Y en la parte de A.T. permite poner a tierra el punto neutro, con lo que queda limitado el potencial sobre cualquiera de las fases a la tensión simple, reduciendo costos de los devanados A.T. Esta conexión es también muy utilizada en los transformadores de distribución, correspondiendo la Y a B.A. de modo de alimentar cargas trifásicas y monofásicas. La conexión D en A.T. compensa los desequilibrios en cargas monofásicas.
  • Conexión Δ – Δ: Esta conexión se utiliza en transformadores de B.T., ya que se necesita más espiras/fase de menor sección. Se comporta bien frente a cagas desequilibradas. La ausencia de neutro puede ser a veces una desventaja.

Banco de transformadores

Los bancos de transformadores monofásicos son utilizados en sistemas eléctricos trifásicos como sustitución de un transformador trifásico. Por ejemplo, en el transporte a largas distancias de la energía eléctrica. Asimismo, el banco de transformadores monofásicos también sirve para poder cambiar el número de fases del sistema, es decir, un sistema trifásico lo podemos convertir en un sistema bifásico, de 6 fases, de doce fases, etc. Por lo que respecta a las bobinas primarias y secundarias, las podemos conectar de varias formas, teniendo cuatro posibles casos: Y/Y, Y/Δ, Δ/Y, Δ/Δ. Es decir, podemos conectar las bobinas primarias en estrella o en triángulo al igual que las bobinas secundarias. Dependiendo como lo hagamos tendremos unas características técnicas u otras. De esta forma, la relación de las tensiones de entrada y de salida no solamente dependerá de la relación de vueltas (espiras) de las bobinas primarias y secundarias, sino que también dependerá de cómo estén conectadas las bobinas primarias y las bobinas secundarias.

  • La conexión estrella/estrella (Y/Y): con este tipo de conexión se tienen dos neutros, uno en las bobinas primarias y otro en las bobinas secundarias. El problema surge cuando no se conectan estos neutros a la masa o tierra, porque las señales u ondas senoidales salen por el secundario distorsionadas. Solamente no es necesario conectar los neutros a tierra cuando el sistema trifásico está muy equilibrado. Asimismo, debemos indicar que no hay un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y las tensiones de salida.
  • La conexión estrella/triángulo (Y/Δ): Con este tipo de conexión la corriente en el devanado de las bobinas secundarias es de un 58% de la corriente carga. La distorsiones de las tensiones de salida no resultan tan severos como en una conexión Y/Y. También tenemos que señalar de que existe un desplazamiento de fase entre las tensiones de entrada y de salida de 30°. Este tipo de conexión se puede utilizar en aplicaciones de reducción.

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  • La conexión triángulo/triángulo (Δ/Δ): Este tipo de conexión tiene la desventaja de no disponer de ningún neutro, ni en el primario ni en el secundario. Otra desventaja es el aislamiento eléctrico que resulta más caro que otro de conexión (Y), para las mismas especificaciones técnicas. En este tipo de conexión las tensiones de entrada y salida se encuentran en fase.

Este sistema de conexión es utilizado en sistemas trifásicos donde la tensión no es muy elevada. La principal ventaja de este modo de conexión es que aunque las cargas no estén bien equilibradas las tensiones mantienen un buen equilibrio.

En el siguiente dibujo se puede apreciar cómo se realizan las conexiones entre los tres transformadores monofásicos:

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La conexión triángulo/estrella (Δ/Y): Con una conexión de este tipo se consigue un adelanto de fase de 30° de las tensiones de salida respecto a las tensiones de entrada. La principal ventaja de este tipo de conexión es que se reduce considerablemente el gasto económico en el aislamiento interno del transformador. Sin embargo, la desventaja del desfase de 30° puede ser negativa, pues la conexión en paralelo con otra fuente de energía es imposible, por otro lado, en el caso de que este banco de transformadores tenga que alimentar a un grupo de cargas aisladas no representaría ningún inconveniente el desfase. Asimismo, podemos apreciar en el dibujo que el secundario tiene un neutro. Este tipo de conexión se utiliza en aplicaciones de elevación de tensiones.

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La conexión triángulo abierto: El siguiente dibujo representa a dos transformadores monofásicos conectados entre sí en la manera denominada triángulo abierto o delta abierta.

Esta forma de conectar dos transformadores monofásicos no es muy empleada. Solamente se utiliza cuando se nos ha estropeado un transformador, es decir, en casos de emergencia. El problema de esta conexión es que se pierde potencia en las líneas, en torno al 13.4%, por ello no se utiliza. El funcionamiento es el mismo al de una conexión Δ/Δ.

Motores de corriente alterna

Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que funcionan con corriente alterna. Un motor es una máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una forma determinada de energía en energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos. Un generador eléctrico, por otra parte, transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem. Las dos formas básicas son el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más correctamente llamado alternador.

Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores y generadores es el alternador.

Funcionamiento de los motores CA

Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios:

  • El de inducción, descubierto por Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor.
  • Y el principio que André Ampére observo en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.

Cuando se empieza a aplicar una corriente alterna al estator, en el instante To no se origina campo magnético entre los polos del estator, ya que en ese momento la corriente esta en el valor cero (ver la figura A).

Entre To y T1 se origina un campo magnético porque la corriente aumenta desde cero hasta un valor máximo, el estator produce los polos magnéticos, como los polos magnéticos iguales se repelen, primeramente el rotor es repelido y posteriormente es atraído por que los polos opuestos se atraen es decir el rotor se pone en movimiento hasta que sus polos norte y sur quedan frente a polos opuestos del estator.

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Sin embargo como se usa C.A., la corriente del campo comienza a reducirse después del instante T1, y el rotor continua girando por inercia.

En el instante T2, cuando la corriente aplicada vuelve al valor cero, el campo magnético desaparece; como se muestra en la figura (C)  el rotor es impulsado por su propia inercia. Posteriormente entre T2 y T3 la alternancia de la entrada se produce y la polaridad de los polos magnéticos del estator se invierte y el rotor es repelido nuevamente. El rotor continua girando hasta que llega a la posición (D), en donde nuevamente se mantendría estacionario por la fuerza de atracción del estator si la entrada de C.A. no disminuyera e hiciera posible que la inercia lo impulsara mas allá de la posición (A); nuevamente en esta posición, la entrada de C.A. suministrada al campo alterna otra vez para invertir el campo y el ciclo se repite para mantener girando al rotor.  Es importante notar que en (A) y en (C) el rotor esta ligeramente más allá de las posiciones del flujo máximo de (B) y (D). Esta ligera rotación producida por la inercia del rotor es importante debido a que hace posible que continué la acción del motor. Si al principio el rotor estuviese en una posición horizontal su rotación no sería posible debido a que la repulsión seria igual en ambas direcciones entonces el rotor no se movería en ninguna dirección. Esto significa que no hay seguridad de que este motor básico arranque por sí solo, y si lo hiciera tal vez no siguiera la dirección correcta. La mejor manera de superar estas desventajas es hacer que el campo magnético del estator gire en lugar de simplemente alternar.

En los motores de  monofásicos de C.A. este efecto se produce dividiendo una fase y desplazando la  potencia de C.A. que llega al devanado del estator.

Características de arranque y maniobra

El contactor. El contactor es un dispositivo electromagnético que ha revolucionado la técnica en lo que a la maniobra de energía eléctrica se refiere; más aun la era de la automatización tuvo su punto de partida con la aparición del contactor. Su versatilidad operativa con las consecuentes variedades de modelos es una de las características fundamentales que ha convertido al contactor en un elemento clave para un sinnúmero de operaciones que va desde la puesta en marcha de un simple motor, el enclavamiento de varios, el arranque estrella-triángulo, etc.

El comando del contactor puede realizarse de dos maneras diferentes:

  • Mando por botonera. Cuenta con dos o más pulsadores, uno normalmente abierto y otro normalmente cerrado que realizan la puesta en marcha y parada del motor respectivamente. Para este tipo de comando debe utilizarse un contacto auxiliar del contactor al que se lo denomina retén o enclavamiento; este en algunos casos viene incorporado en su interior y en otros suele ofrecerse aparte. La función del retén o enclavamiento es mantener la bobina del contactor bajo tensión luego de presionar el pulsador de marcha, de no hacerlo, al soltar dicho pulsador el circuito volvería a su estado inicial (reposo).
  • Contactos permanentes. El contacto permanente se puede realizar en forma normal a través de un interruptor tipo palanca o similar o automáticamente mediante elementos tales como finales de carrera, temporizadores o cualquier dispositivo activo o pasivo en forma de switch. En este caso no es necesario el retén ya que no se trata de pulsadores y por lo tanto la bobina del contactor quedará bajo tensión hasta que se cambien el elemento que realice este comando.

Arranque directo de Motor de Inducción

[image]En la figura se muestra un circuito típico de arranque a voltaje pleno o directo a través de la línea en un motor de inducción. La operación de este circuito es muy simple. Cuando se presiona el botón de arranque, la bobina M del contactor se energiza y se cierran los contactos normalmente abiertos M1, M2 y M3. Cuando se cierran estos contactos, se aplica potencia al motor de inducción y éste arranca. El contacto M4 se cierra también cortocircuitando el interruptor de arranque y permitiendo que el operario lo libere sin que se quite el suministro de potencia al relé M. Cuando se presiona el botón de parada, se desenergiza el relé M, se abren los contactos M, y se detiene el motor.

Motor de jaula de ardilla[image]

un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla también se llama “motor de jaula de ardilla”. En su forma instalada, es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas).

Los devanados inductores en el estator de un motor de inducción instan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. En efecto, el rotor se lleva alrededor el campo magnético, pero en un índice levemente más lento de la rotación. La diferencia en velocidad se llama “deslizamiento” y aumenta con la carga.

El mismo diseño básico se utiliza para los motores monofásicos y trifásicos sobre una amplia gama de tamaños. Los rotores para trifásica tienen variaciones en la profundidad y la forma de las barras para satisfacer los requerimientos del diseño. Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad.[image]

Motor de inducción

Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente alterna en el que la corriente eléctrica, en el rotor, necesaria para producir torsión es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su misma excitación o para todo o parte de la energía transferida del estator al rotor, como en los universales, DC y motores grandes síncronos.

Estos motores usan bucles cerrados de cables, montados sobre una armadura giratoria. Estos bucles obtienen el par necesario para el giro, de las corrientes inducidas en ellos por medio de los cambios del campo magnético producido por las bobinas del estator (bobina fija).

En el momento mostrado a la izquierda, la corriente en la bobina del estator va incrementándose en la dirección que se muestra. El voltaje inducido en la bobina, impulsa la corriente y como resultado se produce un par de sentido horario. Note que este motor simplificado, girará cuando previamente se haya iniciado el movimiento, pero no tiene par de arranque. Para conseguir este par de arranque, se usan varias técnicas consistentes en producir alguna asimetría en los campos.

Motor de rotor bobinado

En los motores de rotor bobinado, el arrollamiento rotórico está constituido por unas bobinas de hilo de cobre por lo general. Y cuyos extremos están conexionados a unos anillos  (anillos rozantes) por los que se alimentaran las bobinas. Para el arrollamiento del rotor se utilizan,  conductores de sección circular o rectangular, aislados generalmente con doble capa de algodón  o barnices apropiados e introducidos en las ranuras y aislados de ellas y entre sí, por medio de presspan, tela aceitada, etc…

[image]En los motores de rotor bobinado se emplean ranuras abiertas y sobre todo semicerradas de forma rectangular con una profundidad de aproximadamente 3 a 4 veces el ancho. Las ranuras abiertas  tienen la ventaja de que las bobinas que se han construido previamente, pueden colocarse en su posición a través de la parte superior de la ranura y de esta manera el arrollamiento queda montado en poco tiempo; además las bobinas pueden sacarse fácilmente en caso de reparación o de sustitución. Pero las ranuras abiertas aumentan la reluctancia del circuito magnético por lo que en muchas ocasiones, resultan más adecuadas las ranuras semicerradas ; estas ranuras permiten que se inserten en ellas bobinas previamente construidas, pero éstas han de tener un ancho no superior a la mitad del ancho de ranura, por lo que el montaje del arrollamiento será algo más costoso.

Motor de trifásico

Es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en energía mecánica. La energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos rotativos en el bobinado del estator lo que provoca que el arranque de estos motores no necesite circuito auxiliar, son más pequeños y livianos que uno monofásico de inducción de la misma potencia, debido a esto su fabricación representa un costo menor.

Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas.

Funcionamiento. Cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce corriente en las barras del rotor. Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético del estator, originará un par motor que pondrá en movimiento al rotor. Dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones también continuas, de la corriente alterna trifásica. Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo magnético giratorio. Esto se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este fenómeno se le llama deslizamiento. Después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo deslizamiento, y así sucesivamente. De esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo magnético giratorio. Es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico. El deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor. Si el rotor tiene la misma velocidad de giro que la del campo magnético rotativo, se dice que el motor es síncrono. Si por el contrario, el rotor tiene una velocidad de giro mayor o menor que dicho campo magnético rotativo, el motor es asíncrono de inducción. Por su variedad de potencia y tamaño son muy usados en la industria no siendo así en el sistema residencial y doméstico debido fundamentalmente a que en este sector no llega la corriente trifásica. En la industria se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, extractores, elevadores, grúas eléctricas, etc.

FUNCIONAMIENTO MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor. Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.

Función del colector o conmutador en el motor de C.D.

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En la figura anterior se representa, de forma esquemática y simplificada, la vista frontal de un colector seccionado en dos partes, perteneciente a un motor de corriente directa (C.D.) muy simple. También se muestra el enrollado de la bobina del electroimán que gira a modo de rotor, diferenciada por un color diferente en cada una de sus mitades. Una de las mitades se representa por un círculo rojo y la otra por un círculo azul, identificados como “1” y “2”. Como se puede ver, uno de los terminales de dicha bobina se encuentra conectado a la sección “a” del colector y el otro terminal a la sección “b”.

En el motor de corriente directa el colector o conmutador sirve para conmutar o cambiar constantemente el sentido de circulación de la corriente eléctrica a través del enrollado de la bobina del rotor  cada  vez que completa media vuelta. De esa forma el polo norte del electroimán coincidirá siempre con el también polo norte del imán permanente y el polo sur con el polo sur del propio imán. Al coincidir siempre dos polos magnéticos, que en todo momento van a ser iguales, se produce un rechazo constante entre ambos, lo que permite al rotor mantenerse girando ininterrumpidamente sobre su eje durante todo el tiempo que se encuentre conectado a la corriente eléctrica.

Tal como vemos, en “A” de la figura, la bobina del electroimán se encuentra colocada entre los polos norte “N” y sur “S” del campo magnético del imán permanente. A su vez, el polo positivo (+) de la batería se encuentra conectado siguiendo el sentido convencional de la corriente (del signo positivo al negativo) en la mitad “a” del colector a través de la escobilla identificada también con el signo (+). De esa forma la mitad de la bobina de color rojo (1) se energiza positivamente para formar el polo norte “N”, mientras que la otra mitad, la de color azul (2) se energiza negativamente para formar el polo sur “S”. Como resultado, cuando en el electroimán se forma el polo norte, de inmediato el también polo norte del imán permanente lo rechaza. Al mismo tiempo el polo sur que se forma en el extremo opuesto, es rechazado igualmente por el polo sur del propio imán; por tanto se produce una fuerza de repulsión en ambos extremos del rotor al enfrentarse y coincidir con dos polos iguales en el imán permanente. Si bajo esas condiciones aplicamos la “Regla de la mano izquierda” y tomamos como referencia, por ejemplo, la parte de la bobina donde se ha formado el polo norte en el electroimán, comprobaremos que al romper la inercia inicial, comenzará a girar en dirección contraria a las manecillas del reloj, como indica la flecha de color verde.

Una vez que la bobina del electroimán gira y asume una posición vertical (como se muestra en la parte “B” de la ilustración), las escobillas dejan de hacer contacto con ambos segmentos del colector. En esa posición neutra la corriente que suministra la batería deja de circular y la bobina se desenergiza, por lo que ambos extremos del electroimán pierden momentáneamente sus polos magnéticos. No obstante, debido a la fuerza de inercia o impulso de giro que mantiene el electroimán, esa posición la rebasa de inmediato y sus extremos pasan a ocupar la posición opuesta a la que tenían, tal como se muestra en la parte “C” de la misma ilustración. Ahora en “C” se puede ver que la mitad de la bobina que anteriormente tenía color azul (2) con polaridad sur cuando se encontraba situada a la derecha del eje del rotor pasa a ocupar la parte izquierda junto con la mitad (b) del colector al que se encuentra conectada. Esa parte de la bobina que ha girado, al ocupar ahora la posición opuesta, se convierte en el polo norte (2) del electroimán por lo que es rechazado de nuevo por el polo norte del imán permanente, que como ya se explicó se encuentra fijo al cuerpo del motor.

Seguidamente el electroimán, al continuar girando y dar otra media vuelta, pasa de nuevo por la zona neutra (como en “B”) repitiéndose de nuevo el mismo ciclo. Esos cambios continuos en los polos del electroimán del rotor que proporciona el colector, son los que permiten que se mantenga girando de forma ininterrumpida mientras se mantenga energizado.

En resumen, la función del colector es permitir el cambio constante de polaridad de la corriente en la bobina del electroimán del rotor para que sus polos cambien constantemente. Este cambio ocurre cada vez que el electroimán gira media vuelta y pasa por la zona neutra, momento en que sus polos cambian para que se pueda mantener el rechazo que proporciona el imán permanente. Esto permitirá que el electroimán del rotor se mantenga girando constantemente durante todo el tiempo que la batería o fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) se mantenga conectada al circuito del motor, suministrándole corriente electica.

[image]En esta otra ilustración se muestra, de forma esquemática y simplificada, un motor común de corriente directa (C.D.) con un rotor formado por una simple bobina de una sola espira de color rojo y azul, para diferenciar cada mitad. Si seguimos el recorrido de la corriente eléctrica (I) asumiendo que fluye en el sentido convencional (del polo positivo “+” al polo negativo “–” de la batería, según indican las flechas negras), cuando en la mitad izquierda de la espira de color rojo se forma el polo norte “N” coincidiendo con la misma polaridad del campo magnético del imán permanente fijo al cuerpo del motor, se produce una fuerza de rechazo entre ambos polos iguales. Si aplicamos la “Regla de la mano izquierda” se puede determinar que esa mitad de la espira se moverá hacia abajo (flecha verde izquierda). Por otra parte, en la mitad derecha (de color azul) ocurrirá lo mismo, pero a la inversa, por lo que aplicando la propia regla comprobaremos que se moverá hacia arriba (flecha verde derecha).

La combinación de esas dos fuerzas o vectores actuando de forma opuesta y al unísono (de acuerdo con la Fuerza de Lorentz), provocará que el electroimán del rotor, formado aquí por esa simple espira, comience a girar en torno a su eje imaginario (representado por una línea de puntos en la figura) en dirección contraria a las manecillas de reloj en este ejemplo. Ese movimiento de rotación se encuentra señalado por la flecha negra en forma de semicírculo, que se encuentra dibujada al fondo de la espiral.

Características de los motores CC

Los motores de corrientes continuas se clasifica en:

  • Motor en serie: Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor de corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, este disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es la misma que en el inducido. La potencia es casi constante a cualquier velocidad. Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un aumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la fuerza contra electromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida.
  • Motor paralelo: Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye más que ligeramente cuando el par aumenta. Los motores de corriente continua en derivación son adecuados  para aplicaciones en donde se necesita velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que es necesario un rango apreciable de velocidades (por medio del control del campo). El motor en derivación se utiliza en aplicaciones de velocidad constante, como en los accionamientos para los generadores de corriente continua en los grupos moto generadores de corriente continua.
  • Motores compuestos: Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. Esto provee una característica de velocidad que no es tan dura o plana como la del motor  shunt, ni tan ³suave´ como la de un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de debilitamiento de campo; la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima velocidad segura del motor sin carga. Los motores de corriente continua compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de par constante para un rango de velocidades amplio.

Tipos de motores de CC

Los motores D.C se clasifican de acuerdo al tipo de bobinado del campo como motores:

  • MOTOR SHUNT: En un motor shunt, el flujo es constante si la fuente de poder del campo es fija. Asuma que el voltaje de armadura Et es constante. A medida que la corriente de la carga disminuye desde plena carga a sin carga, la velocidad debe aumentar proporcionalmente de manera que la fuerza contra electromotriz Ec aumentará para mantener la ecuación en balance. A voltaje nominal y campo completo, la velocidad del motor shunt aumentará 5% a medida que la corriente de carga disminuya de plena carga a sin carga. La reacción de armadura evita que el flujo de campo permanezca absolutamente constante con los cambios en la corriente de la carga. La reacción de armadura, por lo tanto causa un ligero debilitamiento del flujo a medida que la corriente aumenta. Esto tiende a aumentar la velocidad del motor. Esto se llama “inestabilidad” y el motor se dice que está inestable.
  • MOTOR SERIE: En un motor serie, el flujo del campo es una función de la corriente de la carga y de la curva de saturación del motor. A medida que la corriente de la carga disminuye desde plena carga, el flujo disminuye y la velocidad aumenta. La rata de incremento de velocidad es pequeña al principio pero aumenta a medida que la corriente se reduce. Para cada motor serie, hay una mínima carga segura determinada por la máxima velocidad de operación segura.
  • MOTOR COMPUESTO (COMPOUND): Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt como se ve en la figura. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. Los motores D.C compound son algunas veces utilizados donde se requiera una respuesta estable de torque constante a través de un amplio rango de velocidad.
  • MOTOR SHUNT ESTABILIZADO: Para vencer la potencial inestabilidad de un motor recto shunt y reducir la “caída” de velocidad de un motor compound, un ligero devanado serie es arrollado sobre el devanado shunt. El flujo del devanado serie aumenta con la corriente de carga y produce un motor estable con una característica de caída de velocidad para todas las cargas. En aplicaciones donde la instabilidad resultante pudiera afectar seriamente el funcionamiento de la maquina (movida por el motor), el campo serie puede desconectarse. En aplicaciones donde los efectos de estabilidad nos son críticos, como en un frenado regenerativo, el campo serie puede utilizarse para mejorar el rendimiento que el provee.

Generadores de CC

Los generadores de corriente continua son maquinas que producen tensión su funcionamiento se reduce siempre al principio de la bobina giratorio dentro de un campo magnético. Si una armadura gira entre dos polos magnéticos fijos, la corriente en la armadura circula en un sentido durante la mitad de cada revolución, y en el otro sentido durante la otra mitad. Para producir un flujo constante de corriente en un sentido, o corriente continua, en un aparato determinado, es necesario disponer de un medio para invertir el flujo de corriente fuera del generador una vez durante cada revolución

Los generadores modernos de corriente continua utilizan armaduras de tambor, que suelen estar formadas por un gran número de bobinas agrupadas en hendiduras longitudinales dentro del núcleo de la armadura y conectadas a los segmentos adecuados de un conmutador múltiple. Si una armadura tiene un solo circuito de cable, la corriente que se produce aumentará y disminuirá dependiendo de la parte del campo magnético a través del cual se esté moviendo el circuito. Un conmutador de varios segmentos usado con una armadura de tambor conecta siempre el circuito externo a uno de cable que se mueve a través de un área de alta intensidad del campo, y como resultado la corriente que suministran las bobinas de la armadura es prácticamente constante. Los campos de los generadores modernos se equipan con cuatro o más polos electromagnéticos que aumentan el tamaño y la resistencia del campo magnético. En algunos casos, se añaden interpolos más pequeños para compensar las distorsiones que causa el efecto magnético de la armadura en el flujo eléctrico del campo.

Generadores AC

El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. El generador más simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme. El movimiento de rotación de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en una central térmica. En el primer caso, una parte de la energía potencial agua embalsada se transforma en energía eléctrica; en el segundo caso, una parte de la energía química se transforma en energía eléctrica al quemar carbón u otro combustible fósil.

Cuando la espira gira, el flujo del campo magnético a través de la espira cambia con el tiempo. Se produce una fem. Los extremos de la espira se conectan a dos anillos que giran con la espira, tal como se ve en la figura. Las conexiones al circuito externo se hacen mediante escobillas estacionarias en contacto con los anillos.

Conexión de generadores en paralelo

Primero utilizando 3 o más voltímetros se debe ajustar la corriente de campo del generador en aproximación (generador a acoplar) hasta que su voltaje en los terminales sea igual al voltaje en línea del sistema en operación. Segundo, la secuencia de fase del generador en aproximación se debe comparar con la secuencia de fase del sistema en operación. Una forma de comprobar esto es conectando un motor de inducción a cada generador y si giran en el mismo sentido entonces la secuencia de fases es igual. Otra opción es el método de las tres lámparas que se muestra en la fig.2. Para esta comprobación primero se arranca la máquina por medio del motor primario (turbina de vapor, motor diesel, etc.) teniendo en cuenta que se deben prender y apagar al mismo tiempo las tres lámparas, esto indica que existe la misma secuencia de fase, si se prenden y apagan muy rápido es que las frecuencias son diferentes, lo cual se soluciona subiendo la velocidad del motor primario aumentando el flujo con el reóstato de campo. Si prenden y apagan en desorden es indicador de que no tienen la misma frecuencia de fases, lo cual se soluciona intercambiando la secuencia de fases del alternador hacia la red.

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Fig.2 Método de las tres lámparas Fig.3 Secuencia de fases.

Características nominales

Potencia nominal. Para un generador sincrónico es la potencia eléctrica aparente expresada en VA, complementada con el factor de potencia. Es válido el criterio de las normas que fijan el factor de potencia para los generadores sincrónicos sobreexcitados en 0.8, lógicamente es importante cuando se especifica la máquina asegurarse de que en funcionamiento normal esta situación es representativa.

Tensión y frecuencia nominales. Son respectivamente la tensión y frecuencia normales en los bornes de línea de la máquina. Los alternadores deben poder suministrar su potencia aparente (kVA) en bornes, con el factor de potencia nominal cuando el mismo puede ser controlado separadamente, para distintos valores de la tensión y frecuencia que pueden apartarse de sus valores nominales. Cuando las máquinas funcionan dentro de la zona sombreada deberán ser capaces de entregar en forma permanente, su potencia nominal, pero sin respetar algunas de las restantes garantías (que son aplicables a tensión y frecuencia nominales).

Cuando las máquinas funcionan sobre el límite de la zona sombreada se puede aceptar un incremento de 10 grados C° en los límites de sobreelevación de temperatura que las normas fijan para condiciones normales. Cuando las máquinas funcionan dentro de la zona delimitada por la línea punteada (y fuera de la zona sombreada), deben ser capaces de entregar la potencia nominal, pero generalmente presentarán una sobreelevación de temperatura muy superior a los límites que fijan las normas. Si una máquina está diseñada para funcionar a más de un valor de tensión nominal, o bien si la tensión nominal puede variar dentro de un cierto rango, los límites de sobreelevación de temperatura establecidos por las normas, se deberán aplicar para todos los valores de tensión.

Pérdida y eficiencia del generador

La eficiencia en generadores síncronos es potencia de salida/ potencia de entrada x100% la potencia de entrada es la potencia en watts mecánicos se calcula con la velocidad de giro y el par desarrollado por la máquina de momento no recuerdo la formula pero tiene que ver con esas cosas la potencia de salida estará en watts eléctricos y se calcula así si el generador es trifásico P=raíz de tres VI cos FI donde FI es el ángulo del factor de potencia.

La definición de eficiencia es que tan eficientemente se aprovecha la energía implementada en el dispositivo para realizar la conversión de un tipo de energía en otra que por lo general al realizar la conversión nunca se obtiene el 100% de energía útil como se requiere por eso no hay máquinas perfectas.

Daños y averías en los motores

  • Desgaste por suciedad: El desgaste por suciedad en el motor se hace patente la mayoría de veces por un elevado consumo de aceite.
  • Exceso de combustible: Una proporción demasiada elevada de combustible en el aceite diluye la película de aceite, lo cual, a su vez, reduce drásticamente su capacidad de lubricación, aumentando el desgaste de las piezas del motor.
  • Bloqueo hidráulico: La causa de estos daños se debe a que han entrado líquidos, agua o excesivo combustible en la cámara de combustión. Dado que ni el agua ni los combustibles se pueden comprimir, un bloqueo hidráulico genera una fuerte carga sobre el pistón, el bulón, la biela, la culata y el cárter superior.
  • Consumo de aceite elevado: Un cierto consumo de aceite es normal. Si se sobrepasa el consumo de aceite indicado por el fabricante, se habla de un consumo elevado, a diferencia de la pérdida de aceite, que se produce debido a una fuga o algo similar.

SISTEMA CONTROLADOS POR CIRCUITOS MAGNETICOS

Contactores, temporizadores[image]

Contactores

Podemos definir un contactor como un aparato mecánico de conexión y desconexión eléctrica, accionado por cualquier forma de energía, menos manual, capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito, incluso las de sobrecarga. Las energías utilizadas para accionar un contactor pueden ser muy diversas: mecánicas, magnéticas, neumáticas, fluídricas, etc.. Los contactores corrientemente utilizados en la industria son accionados mediante la energía magnética proporcionada por una bobina, y a ellos nos referimos seguidamente.

Un contactor accionado por energía magnética, consta de un núcleo magnético y de una bobina capaz de generar un campo magnético suficientemente grande como para vencer la fuerza de los muelles antagonistas que mantienen separada del núcleo una pieza, también magnética, solidaria al dispositivo encargado de accionar los contactos eléctricos.

Temporizadores

Un temporizador o minutero es un dispositivo, con frecuencia programable, que permite medir el tiempo. La primera generación fueron los relojes de arena, que fueron sustituidos por relojes convencionales y más tarde por un dispositivo íntegramente electrónico. Cuando trascurre el tiempo configurado se hace saltar una alarma o alguna otra función a modo de advertencia.

El elemento fundamental del temporizador es un contador binario, encargado de medir los pulsos suministrados por algún circuito oscilador, con una base de tiempo estable y conocida. El tiempo es determinado por una actividad o proceso que se necesite controlar.

Dispositivos de control y fuerza

Existen diferentes tipos de protección que se utiliza para el circuito de control y potencia, que se usa para proteger sobrecargas y cortos circuitos.

  • Fusible. Es un dispositivo que protege a los circuitos debido a la provocación de un corto circuito.
  • Relevadores térmicos: También conocidos como relevadores de sobrecarga. Dispositivo sensible a la temperatura cuyos contactos abren y cierran. Cuando la corriente excede un límite preestablecido se utiliza para proteger de sobrecargas.
  • Disyuntor: También conocido como break o pastilla, se utiliza para proteger los circuitos de algunas sobrecargas y cortos circuitos.
  • Disyuntor magnético: Es un dispositivo que se utiliza para proteger a los circuitos, utilizando un electroimán. Este protege de cortos circuitos (no de sobrecargas).

Dispositivos de control.

  • Switches o desconectadores: Constituyen una de las medidas más elementales del control, ya que conecta o desconecta a un motor de las fuentes de un alimentación, se constituyen con navajas o cuchillas para dos o tres líneas, las navajas abren o cierran simultáneamente por medio de un mecanismo.
  • Estación de botones: Es básicamente un switch que se activa por medio de la presión de los dedos de manera q dan un servicio de abrir o cerrar contactos cuando se quita la presión, normalmente usan resortes en los botones para regresarlos a su posición normal.
  • Relevadores de control: Es un switch electromagnético que se emplea como dispositivo auxiliar en los circuitos de control de arrancadores de motores grandes o directamente como arrancadores en motores grandes o directamente como arrancadores en motores pequeños el relevador abre y cierra un conjunto de contactos cuando su bobina se energiza, por lo general se utiliza en circuitos de baja

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Circuitos de control y fuerza

Son los encargados de proteger al motor eléctrico de una sobrecarga de energía eléctrica

Composición del Circuito de fuerza. Consta de 3 fusibles que están conectado de forma independiente a cada una de las líneas ( L1; L2; L3) de ahí se conectan a la entrada de los contactos principales (CP) del arrancador magnético y la salida de los mismos a la protección térmica (PT) y de ahí al motor, cuya función es suministrar la energía directamente al motor (M).

Composición del Circuito de mando. Está compuesto de dos botones(star) (stop) donde el star está conectado a la línea 1 (L1) por mediación del fusible y del mismo al stop, de la conexión entre L1 y star y star-stop se conecta el contacto auxiliar(CA) del arrancador magnético, del segundo contacto del stop a uno de los contactos de la bobina (B) del arrancador magnético, del otro contacto de la misma (B) al contacto normalmente cerrado de la protección térmica(PT), y de ahí a la línea 3 (L3), cerrando de esta forma el circuito.

Control y maniobra de maquinaria

Son todos aquellos aparatos que permiten el paso o la interrupción del flujo de corriente a una determinada carga, esta puede ser motores, bobinas, resistencias, entre otras.

Existen dos grandes grupos de aparatos de maniobra:

  • Aparatos de maniobra manuales: Los aparatos de maniobra manuales son todos aquellos que necesitan de un operario para su accionamiento. Estos pueden ser con poder de corte (puede ser accionado en circuito bajo carga) y sin poder de corte (deben ser accionados sin carga). Entre estos aparatos tenemos:
  • Los interruptores: Son dispositivos poder de corte, para cerrar o abrir circuitos, las secciones de las piezas que cierran o abren el circuito deben estar convenientemente dimensionadas, de tal manera que permitan el paso d corriente sin que se genere calentamiento excesivo. Al abrirse el circuito la chispa que se produce debe apagarse rápidamente, antes de que se forme un arco eléctrico, que dañe fácilmente los contactos. Por ello la operación de estos de realizarse con un movimiento rápido, o mediante el sistema de apertura brusca. Existen varios tipos de modelos de interruptores como los basculantes, de cuchilla, entre otros.
  • Pulsadores: Estos son dispositivos que se diferencian de los interruptores por que estos cierran y abren circuitos solamente mientras actúa sobre ellos una fuerza exterior, recuperando su posición de reposo (inicial) al cesar dicha fuerza, por acción de un resorte o muelle
  • Seccionadores: Son aparatos de maniobra sin poder de corte y que por consiguiente pueden abrir o cerrar circuitos únicamente cuando están sin carga (vacío).
  • Aparatos de maniobra automáticos: Los aparatos de maniobra automáticos son diseñados para abrir o cerrar circuitos en función de los valores que adquieren ciertas magnitudes físicas como temperatura, presión, espacio, tiempo, entre otros. Los más usados son los interruptores automáticos o disyuntores, cuya función específica es la de abrir circuitos bajo condiciones anormales, aunque también pueden usarse como simple interruptores.
    • El disyuntor puede actuar por sobrecargas, cortocircuitos, sobretensiones o subtensiones, al producirse cualquiera de estas anomalías se desconecta automáticamente, aislando el circuito, para recuperar su estado normal se hace el rearme manual.
    • El contactor es un aparato de maniobra automático con poder de corte, y que por consiguiente puede cerrar o abrir circuitos con carga o en vació. Se le define como un interruptor accionado o gobernado a distancia por acción de un electroimán. También pertenece a este grupo de aparatos automáticos de maniobra del cual se tratara más detalladamente más adelante
    • El relé es un dispositivo mecánico capaz de comandar cargas pesadas a partir de una pequeña tensión aplicada a su bobina. Básicamente la bobina contenida en su interior genera un campo magnético que acciona el interruptor mecánico. Ese interruptor es el encargado de manejar la potencia en sí, quedando al circuito electrónico la labor de “mover” la bobina. Permite así aislar mecánicamente la sección de potencia de la de control. Pero para accionar la bobina la corriente y tensión presente en un puerto paralelo no es suficiente.

SISTEMA HIDRAULICOS Y NEUMATICOS

Principios fundamentales de hidráulica

Los principios de hidráulica básica se pueden demostrar al ejercer presión controlada a un líquido para realizar un trabajo. Existen leyes que definen el comportamiento de los líquidos en condiciones de variación de flujo y aumento o disminución de presión.

Elementos y componentes hidráulicos

Los elementos y componentes de un sistema hidráulicos son:

  • Bombas hidráulicas Suelen ser de tres tipos fundamentalmente: Bombas de engranajes, bombas de paletas y bombas de pistones.
  • Tuberías Pueden ser metálicas con tubos rígidos conformados a la medida o bien latiguillos de goma con una o varias capas de alambres de acero trenzado en su interior, dependiendo de la presión para la cual estén diseñados.
  • Válvulas Las válvulas  son fundamentales en los circuitos hidráulicos, y son las que controlan los flujos de aceite para dirigirlos hacia el lugar conveniente en cada momento. Podemos hablar de válvulas de retención, reductoras de presión, de seguridad, compensadoras, pilotadas, antirretorno, combinadas, etc. Actualmente la tendencia general de todos los fabricantes es la de sustituir los circuitos pilotados hidráulicamente por pilotaje electrónico que resulta más cómodo, barato y sencillo, los circuitos son mandados por señales eléctricas y en unos pocos años la parte hidráulica de las máquinas se limitará a los circuitos principales que son menos propensos a las
  • Depósitos hidráulicos Pueden ser de dos tipos: Presurizados que mantienen durante el funcionamiento de la máquina una presión en su interior que favorece la descarga de aceite hacia las bombas. Depósitos con respiradero que no mantienen presión en su interior.
  • Cilindros Generalmente se pueden clasificar por el sistema de cierre de la tapa que varía en función de la presión que tengan que soportar. Las tapas que usan tornillos aguantan generalmente más presión que las tapas que van atornilladas directamente en la camisa. Estas últimas pueden ser atornilladas exteriormente o bien en la parte interior de la camisa
  • Motores hidráulicos Son generalmente de: pistones y caudal fijo.
  • Filtros hidráulicos Van generalmente en derivación con el circuito principal. Se emplean para eliminar las impurezas que pueda llevar el aceite.
  1. Fluido
  2. Tanque
  3. Filtro
  4. Bomba de Control
  5. Válvula
  6. Accionador
  7. Tubería
  8. Válvula de Control
  9. Enfriador

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Electrohidraulicos

Un sistema electrohidráulico es un conjunto de elementos que, dispuestos en forma adecuada y conveniente, producen energía electrohidráulica partiendo de otra fuente, que normalmente es electromecánica (motor eléctrico) o termo mecánica (motor de combustión interna). La energía entregada por los medios mencionados es receptada por los elementos del sistema, conducida, controlada y por ultimo transformada en energía mecánica por los actuadores. El fluido transmisor de esta energía es principalmente aceite, evidentemente no cualquier aceite. Ya que debe poseer algunas características particulares. La energía electrohidráulica se genera de la siguiente manera.

Se recibe energía electromecánica a través de la bomba de instalación. Esta la impulsa obligándola a pasar por el circuito, hasta llegar a los puntos de utilización.

La dirección electro-hidráulica es una evolución de la dirección hidráulica. En vez de utilizar una bomba hidráulica conectada al motor utiliza un motor eléctrico para mover la bomba hidráulica.

Su principal ventaja es que al no estar conectada al motor del vehículo evita los problemas mecánicos asociados a una transmisión por correa. Además reduce el consumo de combustible. En este caso la bomba hidráulica sólo funciona cuando y al ritmo que se necesita para operar la dirección. La alimentación del motor que mueve la bomba se hace a través de la batería. Estas ventajas frente a las hidráulicas ha hecho que las direcciones electro-hidráulicas hayan ido sustituyendo a las hidráulicas progresivamente. Todas las máquinas de movimiento de tierras actuales, en mayor o menor medida, utilizan los sistemas hidráulicos para su funcionamiento; de ahí la importancia que estos tienen en la configuración de los equipos y en su funcionamiento.

Un sistema hidráulico constituye un método relativamente simple de aplicar grandes fuerzas que se pueden regular y dirigir de la forma más conveniente. Otras de las características de los sistemas hidráulicos son su confiabilidad y su simplicidad. Todo sistema hidráulico consta de unos cuantos componentes relativamente simples y su funcionamiento es fácil de entender.

Elementos y componentes neumáticos y Electroneumáticos

Electroválvulas: consisten en una válvula neumática a la cual se le añade una bobina, por la que se hace pasar una corriente para generar un campo magnético que, finalmente, originará la conmutación en la corredera interna de la válvula , produciendo así el cambio de estado de trabajo de la misma. Realiza la conversión de energía eléctrica, proveniente de los elementos de mando eléctricos, a energía neumática, transmitida a los actuadores o a alguna otra válvula neumática.

Presostatos y Vacuostatos: Son elementos que detectan la presencia o ausencia de presión en un punto de un circuito neumático y transmiten esta información a un circuito eléctrico. Por su doble naturaleza, se representa tanto en el circuito eléctrico como en el circuito neumático.

Sistema Electroneumatico. En este sistema la energía eléctrica sustituye a la energía neumática como el elemento natural para la generación y transmisión de las señales de control que se ubican en los sistemas de mando. Los elementos nuevos y diferentes que entran en juego están constituidos básicamente para la manipulación y acondicionamiento de las señales de voltaje y corriente que deberán ser transmitidas a dispositivos de conversión de energía eléctrica a energía neumática.

Representaciones de circuitos neumáticos y Electroneumatica

Circuitos Neumáticos. Algunos ejemplos se exponen a continuación

Ejemplo 1: El vástago de un cilindro de simple efecto debe avanzar al accionar una válvula con accionamiento manual por pulsador 3/2 vías y debe retroceder al dejar de accionarla. En esta aplicación únicamente existen componentes en los niveles 1°, 2° y 6° al tratarse de un esquema muy sencillo.

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Ejemplo 2: El vástago de un cilindro de simple efecto sale al accionar dos válvulas con accionamiento manual por pulsador 3/2 vías. Dejando de oprimir una de ellas de vástago retrocede. En el circuito indicado en la figura se emplean componente en los niveles 1°, 2°, 3° y 6°, y así en el tercer nivel existe una válvula de simultaneidad o función “Y” para el tratamiento de datos accionada por las dos señales de las válvulas con accionamiento manual.

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Circuitos Electroneumáticos. Los elementos de entrada se ubican cercas a la línea de la izquierda y los de salida a la de la derecha, el acomodo de ellos es de arriba-abajo, de izquierda-derecha.

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ELECTRONICA INDUSTRIAL

Diodo

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.

Existen diferentes tipos de diodos:

  • [image]DIODOS RECTIFICADORES: estos facilitan el paso de la corriente continua en un sólo sentido (polarización directa), en otras palabras, si hacemos circular corriente alterna a través de un diodo rectificador esta solo lo hará en la mitad de los semiciclos, aquellos que polaricen directamente el diodo, por lo que a la salida del mismo obtenemos una señal de tipo pulsatoria pero continua.
  • DIODOS DE TRATAMIENTO DE SEÑAL (RF): Los diodos de tratamiento de señal necesitan algo más de calidad de fabricación que los rectificadores. Estos diodos están destinados a formar parte de etapas moduladoras, demoduladoras, mezcla y limitación de señales, etc.
  • [image][image]DIODOS DE CAPACIDAD VARIABLE (VARICAP): La utilización más solicitada para este tipo de diodos suele ser la de sustituir a complejos sistemas mecánicos de capacitor variable en etapas de sintonía en todo tipo de equipos de emisión y recepción, ejemplo, cuando cambiamos la sintonía de un receptor antiguo, se varía mecánicamente el eje de un capacitor variable en la etapa de sintonía; pero si por el contrario, pulsamos un botón de sintonía de un receptor de televisión moderno, lo que hacemos es variar la tensión de polarización de un diodo varicap que se encuentra en el módulo sintonizador del TV.
  • [image]DIODO ZENER: El diodo zener es capaz de trabajar en la región en la que se da el efecto del mismo nombre cuando las condiciones de polarización así lo determinen y volver a comportarse como un diodo estándar toda vez que la polarización retorne a su zona de trabajo normal. En resumen, el diodo zener se comporta como un diodo normal, a no ser que alcance la tensión zener para la que ha sido fabricado, momento en que dejará pasar a través de él una cantidad determinada de corriente.
  • FOTODIODOS: Los fotodiodos no son diodos en los cuales se ha optimizado el proceso de componentes y forma de fabricación de modo que la influencia luminosa sobre su conducción sea la máxima posible.
  • [image]DIODOS LED (LUMINISCENTES): Este tipo de diodos es muy popular, sino, veamos cualquier equipo electrónico y veremos por lo menos 1 ó más diodos led. Podemos encontrarlos en diferentes formas, tamaños y colores diferentes. La forma de operar de un led se basa en la recombinación de portadores mayoritarios en la capa de barrera cuando se polariza una unión Pn en sentido directo.

Rectificador controlador de silicio

El SCR (Silicon Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor. Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.

Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control, especialmente control de motores, debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.

Triac

Un Tríodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna. Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.

Se utiliza para:

  • Para el control de corrientes alternas.
  • Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y los relés.
  • Funciona como interruptor electrónico y también a pila.
  • Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones como atenuadores de luz, controles de velocidad para motores eléctricos, y en los sistemas de control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se utiliza con cargas inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apaga correctamente al final de cada semiciclo de la onda de Corriente alterna.
  • Debido a su poca estabilidad en la actualidad su uso es muy reducido.

Transitor bipolar de potencia

El IGBT ofrece a los usuarios las ventajas de entrada MOS, más la capacidad de carga en corriente de los transistores bipolares:

  • Trabaja con tensión.
  • Tiempos de conmutación bajos.
  • Disipación mucho mayor (como los bipolares).

Una limitación importante de todos los dispositivos de potencia y concretamente de los transistores bipolares, es que el paso de bloqueo a conducción y viceversa no se hace instantáneamente, sino que siempre hay un retardo (ton, toff). Las causas fundamentales de estos retardos son las capacidades asociadas a las uniones colector – base y base – emisor y los tiempos de difusión y recombinación de los portadores.

La diferencia entre un transistor bipolar y un transistor unipolar o FET es el modo de actuación sobre el terminal de control. En el transistor bipolar hay que inyectar una corriente de base para regular la corriente de colector, mientras que en el FET el control se hace mediante la aplicación de una tensión entre puerta y fuente. Esta diferencia vienen determinada por la estructura interna de ambos dispositivos, que son substancialmente distintas. Es una característica común, sin embargo, el hecho de que la potencia que consume el terminal de control (base o puerta) es siempre más pequeña que la potencia manejada en los otros dos terminales.

Rectificador de media onda

El rectificador de media onda generalmente se usa sólo para aplicaciones de baja corriente, o de alta frecuencia, ya que requiere una capacitancia de filtrado mayor para mantener el mismo voltaje de rizado que un rectificador de onda completa. Un rectificador simple de media onda de este tipo no es una buena aproximación a una CC constante en forma de onda; contiene componentes de frecuencia de CA a 6OHz y todos sus armónicos. Un rectificador de media onda tiene un factor de rizado r = 121%, lo que significa que tiene más componentes de voltaje de CA en su salida que componentes de voltaje de CC. Obviamente, el rectificador de media onda no es, en consecuencia, una forma muy buena de producir voltaje de CC a partir de una fuente de CA.

Durante el intervalo t=0 -> T/2, la polaridad del voltaje aplicado Vrms es igual a la que contiene el diodo cuando sé esta polarizado directamente, por lo que conduce el diodo y permite el pico positivo, pero cuando T/2 -> T, la polarización de la entrada se invierte y el diodo no conduce.

Para realizar esta operación se utilizan diodos semiconductores que conforman circuitos rectificadores. Inicialmente se reduce el voltaje de la red (110 / 220 voltios AC u otro) a uno más bajo como 12 o 15 Voltios AC con ayuda de un transformador. A la salida del transformador se pone el circuito rectificador. La tensión en el secundario del transformador es alterna, y tendrá un semiciclo positivo y uno negativo.

Polarización del diodo en sentido directo. Durante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el paso de la corriente a través de él. Ver gráfico. Si el diodo es considerado como ideal, este se comporta como un cortocircuito, (ver gráfico), entonces toda la tensión del secundario aparecerá en la resistencia de carga.

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Polarización del diodo en sentido inverso. Durante el semiciclo negativo, la corriente entregada por el transformador querrá circular en sentido opuesto a la flecha del diodo. Si el diodo es considerado ideal entonces este actúa como un circuito abierto y no habrá flujo de corriente.

La forma de onda de salida de un rectificador de 1/2 onda será como se muestra en la siguiente figura.

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Rectificador de onda completa

Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.

Utiliza ambas mitades de la señal senoidal de entrada, para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos negativos de la onda senoidal. En la figura a continuación se muestra una posible estructuración en la que el devanado secundario es con derivación central para obtener dos voltajes vs, en paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas.

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Cuando el voltaje de línea de entrada (que alimenta al primario) es positivo, las señales vs serán positivas; el D1 conduce y D2 esta polarizado inversamente, la corriente que pasa por D1 circulara por R y regresara a la derivación central del secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador de media onda, y la salida durante los semiciclos positivos será idéntica a la producida por el rectificador de media onda.

[image]Durante el semiciclo negativo del voltaje de CA de la línea, los dos voltajes marcados como Vs serán negativos; el diodo D1 estará en corte y D2 conduce, la corriente conducida por D2 circulara por R y regresa a la derivación central. Por lo tanto durante los semiciclos negativos también el circuito se comporta como rectificador de media onda, excepto que ahora D2 es el que conduce. Es importante decir que la corriente que circula por R siempre circulara en la misma dirección y por lo tanto Vo será unipolar, como lo muestra la a continuación.

La onda de salida que se observa se obtiene suponiendo que un diodo conductor tiene una caída constante de voltaje VD0; por lo tanto la curva característica de transferencia del rectificador de onda completa toma la forma que muestra la siguiente figura.

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El rectificador de onda completa obviamente produce una onda más enérgica que la del rectificador de media onda. Para encontrar el PIV de los diodos en el circuito rectificador de onda completa se emplea la siguiente ecuación: PIV = 2Vs – VD0

 

ELECTRONICA DIGITAL BASICA

Sistemas numéricos

Los sistemas de numeración son conjuntos de dígitos usados para representar cantidades, así se tienen los sistemas de numeración decimal, binario, octal, hexadecimal, etc. Estos se caracterizan por tener una base (número de dígitos diferentes: diez, dos, ocho, dieciséis respectivamente)

  • Decimal (10 dígitos)=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
  • Binario (2 dígitos)=0,1
  • Octal (8 dígitos)=0,1,2,3,4,5,6,7
  • Hexadecimal (16 dígitos)=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F

Conversión de sistema numérico

Para poder realizar la conversión del sistema binario a decimal o del sistema decimal a cualquier otro sistema numérico es necesario efectuar una multiplicación de potencias. Una potencia indice o exponente nos indica cuantas veces multiplicaremos un numero (base) por si mismo

10^3=10*10*10=1,000

2^5=2*2*2*2*2=32

Conversión De Binario A Decimal. Para poder transformar números binarios en su correspondiente decimal basta multiplicar el dígito binario (que sólo puede ser 0 o 1) por 2 elevado a la potencia correspondiente según la cantidad de dígitos de la cifra. Luego se suman los valores obtenidos y se consigue el número final. Ejemplos

100011= 1*2^5 + 0*2^4 + 0*2^3 + 0*2^2 + 1*2^1 + 1*2^0 =

32 + 0 + 0 + 0 + 2 + 1 = 35

Conversión De Decimal A Binario. Para convertir un número decimal a otro sistema, el número decimal es sucesivamente dividido por la base del sistema. En este caso la base del sistema binario es 2 el número será sucesivamente dividido entre 2 y el resultado del cociente será nuevamente dividido entre 2 y así sucesivamente hasta que el cociente sea 0. El resto de cada división es un número binario que conforma el número resultante de la conversión. El primer resultado producido (el primer resto obtenido) corresponde al bit más próximo al punto decimal (o lo que se conoce como bit de menor peso). Los sucesivos bits se colocan a la izquierda del anterior.

Ejemplos: 20

20/2 = 10 Residuo = 0

10/2 = 5 Residuo = _0

5/2 = 2 Residuo = __1

2/2 = 1 Residuo = __0

1/2 = ? Residuo = __1

El 1 ya no se puede dividir entre 2 pero se coloca el 1

20 = 10100

Conversión De Decimal A Octal. En este caso basta usar el mismo método de conversión con los números binarios. Pero en vez de hacer divisiones sucesivas entre 2 hay que efectuarlas entre 8. Nótese que el divisor corresponde a la base del sistema al cual se va a convertir.

Ejemplos: 125 (Octal)

125/8 = 15 Residuo = 5

15/8 = 1 Residuo = __7

1/8 = 0 Residuo = ___1

125 (Octal) = 175 (Decimal)

Sistema Hexadecimal. Este sistema requiere el uso de 16 símbolos, siendo formado por los mismos empleados en el sistema decimal y seis letras del alfabeto comprendidas entre A y F.

Conversión De Hexadecimal A Binario. Para efectuar la conversión basta con colocar los cuatro bits correspondientes a cada símbolo del número hexadecimal

Ejemplos: 4B2 = 4 11 2

4 = 0100

11 = 1011

2 = 0010

4B2 = 0100 1011 0010

Conversión De Binario A Hexadecimal. Para efectuar esta conversión hay que agrupar los bits de a cuatro comenzando con los primeros 4 bits de la izquierda y siguiendo con los bits de la derecha

Ejemplos: 011011010101 = 0110 1101 0101

0110 =____ 4

1101 = 13 = D

0101 =____ 5

0110 1101 0101 = 4D5

Compuertas lógicas básicas[image]

Las compuertas lógicas son dispositivos que operan con aquellos estados lógicos mencionados en lo anterior y funcionan igual que una calculadora, de un lado ingresas los datos, ésta realiza una operación, y finalmente, te muestra el resultado. Cada una de las compuertas lógicas se las representa mediante un Símbolo, y la operación que realiza (Operación lógica) se corresponde con una tabla, llamada Tabla de Verdad, son las siguientes:

Compuerta NOT. Se trata de un inversor, es decir, invierte el dato de entrada, por ejemplo; si pones su entrada a 1 (nivel alto) obtendrás en su salida un 0 (o nivel bajo), y viceversa. Esta compuerta dispone de una sola entrada. Su operación lógica es s igual a a invertida.[image]

Compuerta AND. Una compuerta AND tiene dos entradas como mínimo y su operación lógica es un producto entre ambas, no es un producto aritmético, aunque en este caso coincidan.*Observa que su salida será alta si sus dos entradas están a nivel alto*

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Compuerta OR. Al igual que la anterior posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será una suma entre ambas… Bueno, todo va bien hasta que 1 + 1 = 1, el tema es que se trata de una compuerta O Inclusiva es como a y/o b*Es decir, basta que una de ellas sea 1 para que su salida sea también 1*

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Compuerta OR-EX o XOR. Es OR EXclusiva en este caso con dos entradas (puede tener más) y lo que hará con ellas será una suma lógica entre a por b invertida y a invertida por b.*Al ser O Exclusiva su salida será 1 si una y sólo una de sus entradas es 1*

Estas serían básicamente las compuertas más sencillas.

Las compuertas lógicas pueden ser:

Lógica Positiva: En esta notación al 1 lógico le corresponde el nivel más alto de tensión y al 0 lógico el nivel más bajo, pero que ocurre cuando la señal no está bien definida. Entonces habrá que conocer cuáles son los límites para cada tipo de señal (conocido como tensión de histéresis), en este gráfico se puede ver con mayor claridad cada estado lógico y su nivel de tensión.

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Lógica Negativa: Aquí ocurre todo lo contrario, es decir, se representa al estado “1” con los niveles más bajos de tensión y al “0” con los niveles más altos.

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Por lo general se suele trabajar con lógica positiva, la forma más sencilla de representar estos estados es como se puede ver en el siguiente gráfico.

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Mapa de Karnoug

Un mapa de Karnaugh (también conocido como tabla de Karnaugh o diagrama de Veitch, abreviado como Mapa-K o Mapa-KV) es un diagrama utilizado para la simplificación de funciones algebraicas Booleanas. El mapa de Karnaugh fue inventado en 1950 por Maurice Karnaugh, un físico y matemático de los laboratorios Bell. Estos mapas reducen la necesidad de hacer cálculos extensos para la simplificación de expresiones booleanas, aprovechando la capacidad del cerebro humano para el reconocimiento de patrones y otras formas de expresión analítica, permitiendo así identificar y eliminar condiciones muy inmensas.

El mapa de Karnaugh consiste en una representación bidimensional de la tabla de verdad de la función a simplificar. Puesto que la tabla de verdad de una función de N variables posee 2N filas, el mapa K correspondiente debe poseer también 2N cuadrados. Las variables de la expresión son ordenadas en función de su peso y siguiendo el código Gray, de manera que sólo una de las variables varía entre celdas adyacentes. La transferencia de los términos de la tabla de verdad al mapa de Karnaugh se realiza de forma directa, albergando un 0 ó un 1, dependiendo del valor que toma la función en cada fila. Las tablas de Karnaugh se pueden utilizar para funciones de hasta 6 variables.

Las variables de entrada pueden combinarse de 16 formas diferentes, por lo que el mapa de Karnaugh tendrá 16 celdas, distribuidas en una cuadricula de 4 × 4.

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La combinación de dígitos binarios en el mapa representa el resultado de la función por cada combinación de entradas. Por ejemplo, la celda en la esquina superior izquierda del mapa es 0, porque el resultado de la función es ƒ = 0 cuando A = 0, B = 0, C = 0, D = 0. De igual manera, la esquina inferior derecha es 10 porque el resultado de la función es ƒ = 10 cuando A = 1, B = 0, C = 1, D = 0. Una vez construido el mapa de Karnaugh, la siguiente tarea es la de seleccionar conjunto de términos denominados subcubos de manera que se obtenga el menor número de subcubos posible. Estos subcubos se seleccionan formando grupos de rectángulos que encierren a los unos del mapa, las áreas deben ser potencia de 2 (ej. 1, 2, 4, 8, …) y se debe tratar de agrupar el mayor número de unos posible.

En resumen hay que tomar en cuenta al hacer estos grupos de unos (subcubos) lo siguiente:

  • Se puede visualizar también que los grupos pueden continuar en el lado opuesto como en el subcubo 1 de la figura dibujado en azul.
  • Debemos utilizar todos los unos del mapa.
  • Es mejor crear el menor número de grupos.
  • Los unos pueden estar en varios grupos.
  • El número de unos dentro de un grupo debe de ser cualquier potencia de 2.
  • Mientras más grande sea un grupo la simplificación de la función será mejor.
  • No es necesario que todos los grupos tengan el mismo tamaño.

Circuitos combinacionales

Se denomina sistema combinacional o lógica combinacional a todo sistema digital en el que sus salidas son función exclusiva del valor de sus entradas en un momento dado, sin que intervengan en ningún caso estados anteriores de las entradas o de las salidas. Las funciones (OR, AND, NAND, XOR) son booleanas (de Boole) donde cada función se puede representar en una tabla de la verdad. Por tanto, carecen de memoria y de retroalimentación.

En electrónica digital la lógica combinacional está formada por ecuaciones simples a partir de las operaciones básicas del álgebra de Boole. Entre los circuitos combinacionales clásicos tenemos:

1. Lógicos

  • Generador/Detector de paridad
  • Multiplexor y Demultiplexor
  • Codificador y Decodificador
  • Conversor de código
  • Comparador

2. Aritméticos

  • Sumador

3. Aritméticos y lógicos

  • Unidad aritmético lógica

Estos circuitos están compuestos únicamente por puertas lógicas interconectadas entre sí.

Todos los circuitos combinacionales pueden representarse empleando álgebra de Boole a partir de su función lógica, generando de forma matemática el funcionamiento del sistema combinacional. De este modo, cada señal de entrada es una variable de la ecuación lógica de salida. Por ejemplo, un sistema combinacional compuesto exclusivamente por una puerta AND tendría dos entradas A y B. Su función combinacional seria F = A B , para una puerta OR sería F = A + B. Estas operaciones se pueden combinar formando funciones más complejas.

Esto permite emplear diferentes métodos de simplificación para reducir el número de elementos combinacionales que forman el sistema.

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F = (A B) + (C D)

SISTEMAS CONTROLADOS DE AUTOMATAS PROGRAMABLES

Funcionamiento de los PLC

El PLC es un dispositivo de estado sólido, diseñado para controlar procesos secuenciales (una etapa después de la otra) que se ejecutan en un ambiente industrial. Es decir, que van asociados a la maquinaria que desarrolla procesos de producción y controlan su trabajo.

Un PLC realiza, entre otras, las siguientes funciones:

  • Recoger datos de las fuentes de entrada a través de las fuentes digitales y analógicas.
  • Tomar decisiones en base a criterios preprogramados.
  • Almacenar datos en la memoria.
  • Generar ciclos de tiempo.
  • Realizar cálculos matemáticos.
  • Actuar sobre los dispositivos externos mediante las salidas analógicas y digitales.
  • Comunicarse con otros sistemas externos.

Una vez que se pone en marcha, el procesador realiza una serie de tareas según el siguiente orden:

  1. Al encender el procesador ejecuta un auto-chequeo de encendido y bloquea las salidas. A continuación, si el chequeo ha resultado correcto, el PLC entra en el modo de operación normal.
  2. El siguiente paso lee el estado de las entradas y las almacena en una zona de la memoria que se llama tabla de imagen de entradas (hablaremos de ella más adelante).
  3. En base a su programa de control, el PLC actualiza una zona de la memoria llamada tabla de imagen de salida.
  4. A continuación el procesador actualiza el estado de las salidas “copiando” hacia los módulos de salida el estado de la tabla de imagen de salidas (de este modo se controla el estado de los módulos de salida del PLC, relay, triacs, etc.).
  5. Vuelve a ejecutar el paso b.

Cada ciclo de ejecución se llama ciclo de barrido (scan), el cual normalmente se divide en:

  • Verificación de las entradas y salidas
  • Ejecución del programa

Dispositivos de entrada y salida

Dispositivos de entrada: Son aquellos que proporcionan a la unidad de control del automatismo la información que necesita para activar, desactivar o regular el funcionamiento de los periféricos de salida. Estos dispositivos transmiten información mediante señales que pueden ser de diferente naturaleza:

  • Luz.
  • Eléctrica: interruptor.
  • Neumáticos: botón hidráulico.
  • Magnético.

Todos los botones que intervienen en la puesta en marcha y los mandos a distancia son dispositivos de entrada. También hay periféricos de entrada capaces de detectar la variación de diferentes magnitudes (presión, volumen, temperatura etc.) y comunicarlas a la unidad de control. Estos dispositivos se llaman censores.

Dispositivos de salida: Los periféricos de salida o actuadores de un automatismo son dispositivos que realizan las funciones y tareas concretas cuando se reciben del sistema de control.

  • Actuadores mecánicos: son dispositivos que utilizan energía mecánica para su funcionamiento. En función de la fuente de energía utilizada pueden ser neumáticos o hidráulicos.
  • Actuadores neumáticos: funcionan mediante la energía mecánica que les proporcionan el aire comprimido. Los actuadores neumáticos se utilizan para transmitir pequeños esfuerzos a altas velocidades.
  • Actuadores hidráulicos: aprovechan la propiedad que tienen los líquidos de transmitir presión de manera uniforme a lo largo de todo el fluido cuando son comprimidos. Si colocamos un líquido en el interior de dos cilindros comunicados entre ellos y cerrados por dos émbolos tal como muestra la presión ejercida sobre cualquier punto de la superficie del embolo1 del cilindro, ha de ser igual que la superficie del embolo2 del cilindro. Teniendo en cuenta que la presión es la fuerza ejercida por unidad de superficie: P= F/S. P1=P2: porque el líquido es incompresible.

Lenguaje de programación

Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener. Un lenguaje más reciente, preferido por los informáticos y electrónicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram) que emplea compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectados entre si.

En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación mutiprotocolos que le permitirían interconectarse con otros dispositivos.

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Medio de programación

Las computadoras son un excelente medio para programar y verificar el estado  de nuestras tareas.  Para esto la computadora deberá contar con el programa (software) del PLC  (Controlador Lógico Programable) utilizado. También se debe tener un cable especial para poder conectar el PLC a la computadora. A esta parte física  de los componentes de la computadora  se le nombra hardware. El hardware y software por encontrarse entre el operador y la maquina y poderse controlar y visualizar su funcionamiento recibe  el nombre de interfaz hombre máquina HMI (Human Machine Interface)  por sus siglas en ingles.

Diagrama en escalera

Es un lenguaje gráfico, derivado del lenguaje de relés. Mediante símbolos representa contactos, bobinas, etc. Su principal ventaja es que los símbolos básicos están normalizados según el estándar IEC y son empleados por todos los fabricantes. Sus símbolos básicos son:

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En estos diagramas la línea vertical a la izquierda representa un conductor con tensión, y la línea vertical a la derecha representa tierra.

Con este tipo de diagramas se describe normalmente la operación eléctrica de distintos tipos de máquinas, y puede utilizarse para sintetizar un sistema de control y, con las herramientas de software adecuadas, realizar la programación del PLC.

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En un diagrama de escalera se representan los siguientes:

  • Los contactos se representan con la letra “E” y dos números que indicaran el modulo al cual pertenecen y la bornera al la cual están asociados
  • Las salidas que son equivalentes a las cargas (bobinas de relés, lámparas, etc.) en un circuito eléctrico. Se las identifica con la letra “S”, “A” u otra letra, dependiendo de los fabricantes, y dos números que indicaran el modulo al cual pertenecen y la bornera al la cual están asociados;
  • Como salidas en el programa del PLC se toma no solo a las salidas que el equipo posee físicamente hacia el exterior, sino también las que se conocen como “Relés Internos o Marcas”. Los relés internos son simplemente variables lógicas que se pueden usar, por ejemplo, para memorizar estados o como acumuladores de resultados que utilizaran posteriormente en el programa. Se las identifica con la letra “M” y un número el cual servirá para asociarla a algún evento Las marcas remanentes son aquellas que en el caso de haber un fallo de tensión, cuando se restablece recuerdan su estado anterior, o sea, si estaban a 1 se pondrán a 1 solas (las salidas NO son remanentes).

LECTURA DE PLANOS

Los planos eléctricos son incorporados dentro de los planos primarios o creados como documentos independientes. El propósito del plano eléctrico es mostrar la disposición lógica de los componentes eléctricos de una estructura, incluyendo la toma de corriente, interruptores e iluminación. Estos planos usan numerosas líneas y símbolos para representar los distintos dispositivos. Afortunadamente, la lectura de planos eléctricos es similar a leer un mapa, debes utilizar la leyenda incluida en el documento para descifrar los símbolos que se utilizan.

Para interpretar un plano eléctrico se debe identificar lo siguiente:[image]

Datos informativos: Es un cuadro ubicado en un extremo del plano, generalmente en la parte inferior derecha. En él se detalla el nombre del propietario, tipo de plano, escala empleada en el dibujo, nombre del ingeniero, arquitecto, dibujante, fecha, código del plano, etc.

Esquema de emplazamiento eléctrico: Es la parte del plano que muestra la vivienda con sus diferentes ambientes y la representación de las instalaciones eléctricas mediante símbolos.

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Leyenda: Es un cuadro que presenta los símbolos empleados en el plano con su respectivo significado

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Especificaciones técnicas: Son las recomendaciones que tiene que tener en cuenta la persona que realizará la instalación eléctrica para lograr un funcionamiento correcto y óptimo de las instalaciones

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Bosquejos esquemáticos, planos de ensamblaje

Los planos de ingeniería (dibujo mecánico) son el idioma común con el cual los dibujantes, proyectistas, diseñadores de herramientas e ingenieros indican al mecánico de banco y al herramientista los requisitos físicos de una pieza. Los dibujos constan de una variedad de líneas que representan superficies, bordes y contornos o perfiles de una pieza de trabajo. El dibujante puede indicar las especificaciones exactas de cada pieza individual, con la adición de símbolos, líneas de acotación y tamaño.

Los estudiantes se deben familiarizar con este idioma de la industria, de modo que puedan interpretar las líneas y símbolos y producir las piezas con rapidez y exactitud. El dibujante suele mostrar un producto completo en un dibujo de ensamble. Cada pieza o componente del producto se muestra después en un dibujo de detalle que se reproduce en copias heliográficas o de otros tipos. El mecánico de banco o el herramientista utilizan estas copias para producir las piezas que. A final de cuenta, constituirán el producto completo. Se hará un breve examen de las líneas y símbolos más comunes en el dibujo mecánico. Sin embargo, se debe suponer que el estudiante ya tiene conocimientos básicos de interpretación de planos y dibujo mecánico y que además, dispone de un libro muy completos obre este tema para recordar sus conocimientos.

Los distintos dibujos de una misma pieza, representados en un plano, se llaman VISTAS, por ser la representación de la forma en que se ve la pieza desde distintos puntos de vista. La situación relativa de las diferentes VISTAS en un plano, está normalizada y se representan según se indica en la Fig. 1.

Las visuales siempre son perpendiculares a la cara de la pieza. La forma de situación indicada en la Fig. 1 es la utilizada en Europa. Existe otra forma de representación que no se describe por ser utilizada en América. En la Fig. 1 se ha representado la pieza en perspectiva, indicando la dirección de las seis visuales: A, B, C, D, E y F con que se generan las correspondientes VISTAS y que se representan al lado. En dicha figura las partes ocultas se indican con línea discontinua.

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Denominación de las VISTAS

VISTA según A = ALZADO (VISTA principal).

VISTA según B = PLANTA.

VISTA según C = LATERAL IZQUIERDA.

VISTA según D = LATERAL DERECHA.

VISTA según E = INFERIOR.

VISTA según F = POSTERIOR.

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Tomando como referencia la vista principal o ALZADO, podemos observar que la situación de las demás vistas es la siguiente:

LATERAL DERECHA: Situada a la izquierda.

LATERAL IZQUIERDA: Situada a la derecha.

POSTERIOR: Se puede situar indiferentemente al lado de la:

LATERAL DERECHA o de la LATERAL IZQUIERDA.

PLANTA: Situada debajo

INFERIOR: Situada arriba.

Estas posiciones pueden dar lugar a confusiones porque parece que estén situadas de forma contraria a la lógica, la derecha a la izquierda, la izquierda a la derecha… etc.

Una forma intuitiva de comprender por qué se sitúan así es la siguiente: Imaginemos que cogemos la pieza representada en la perspectiva y la situamos encima de la vista principal o ALZADO, de tal manera que lo que se ve mirándola desde arriba (perpendicular al papel), sea lo que está dibujado en la vista de ALZADO. ¡Atención!, lo que se representa en las vistas NO es lo que está en contacto con el papel, como si fuera la huella impresa por la pieza, si no lo que queda visible mirándola desde arriba.

A partir de ésta posición, si giramos la pieza 90º (Se llama abatir), hacia la derecha, la pieza quedaría sobre la vista LATERAL IZQUIERDA análogamente si la abatimos 90º de nuevo hacia la derecha, la pieza coincidirá con la vista POSTERIOR.

Las vistas LATERAL DERECHA, PLANTA e INFERIOR, se generan de igual forma, abatiendo la pieza desde la posición de ALZADO, hacia la izquierda, abajo y arriba respectivamente.

Para comprender fácilmente la representación de las vistas y su emplazamiento en el dibujo, resulta práctico construirse una maqueta de la pieza descrita con poliestireno, que es el material que se usa comúnmente en los embalajes (Corcho blanco) y seguir el método descrito de abatimientos a 90º (Se llaman ortogonales). La ventaja práctica es que sin necesidad de indicar el nombre de las vistas ni la dirección de la visual, cuando un dibujo está situado a la izquierda del principal sabremos que se trata de la representación de lo que se vería abatiendo la pieza 90º hacia la izquierda, de igual forma sucede con el resto de las vistas.

En la práctica no es frecuente encontrar piezas tan complicadas que requieran la representación de todas las vistas. Como norma general se deberán dibujar el número mínimo de vistas necesario para representar la pieza sin indeterminaciones. Se debe elegir como vista de ALZADO o principal, aquella que mejor represente a la pieza y en la posición en que la podemos encontrar en su aplicación práctica.

Cotas en Paralelo

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Cotas Encadenadas

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Cotas Lineales y Angulares

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En la siguiente figura también podemos observar una cota con indicación de tolerancias, en el caso representado la pieza, medida después de su fabricación, sería válida si ésta dimensión estuviera comprendida entre:

Límite superior: 32+0.020=32.020 mm.

Límite inferior: 32-0.050=31.95 mm.

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MEDICION

Micrómetros estándar y métrico, externo y de profundidad

El micrómetro, que también es denominado tornillo de Palmer, calibre Palmer o simplemente palmer, es un instrumento de medición cuyo nombre deriva etimológicamente de las palabras griegas µ (micros, pequeño) y (metron, medición); su funcionamiento se basa en un tornillo micrométrico que sirve para valorar el tamaño de un objeto con gran precisión, en un rango del orden de centésimas o de milésimas de milímetro, 0,01 mm ó 0,001 mm (micra) respectivamente.

Para proceder con la medición posee dos extremos que son aproximados mutuamente merced a un tornillo de rosca fina que dispone en su contorno de una escala grabada, la cual puede incorporar un nonio. La longitud máxima mensurable con el micrómetro de exteriores es de 25 mm normalmente, si bien también los hay de 0 a 30, siendo por tanto preciso disponer de un aparato para cada rango de tamaños a medir: 0-25 mm, 25-50 mm, 50-75 mm. Además, suele tener un sistema para limitar la torsión máxima del tornillo, necesario pues al ser muy fina la rosca no resulta fácil detectar un exceso de fuerza que pudiera ser causante de una disminución en la precisión.

Funcionamiento. El micrómetro usa el principio de un tornillo para transformar pequeñas distancias que son demasiado pequeñas para ser medidas directamente, en grandes rotaciones que son lo suficientemente grandes como para leerlas en una escala. La precisión de un micrómetro se deriva de la exactitud del tornillo roscado que está en su interior. Los principios básicos de funcionamiento de un micrómetro son los siguientes:

  • La cantidad de rotación de un tornillo de precisión puede ser directa y precisamente relacionada con una cierta cantidad de movimiento axial (y viceversa), a través de la constante conocida como el paso del tornillo. El paso es la distancia que avanza axialmente el tornillo con una vuelta completa de (360 °).
  • Con un tornillo de paso adecuado y de diámetro mayor, una determinada cantidad de movimiento axial será transformada en el movimiento circular resultante.

Por ejemplo, si el paso del tornillo es de 1 mm y su diámetro exterior es de 10 mm, entonces la circunferencia del tornillo es de 10p o 31,4 mm aproximadamente. Por lo tanto, un movimiento axial de 1 mm se amplía con un movimiento circular de 31,4 mm. Esta ampliación permite detectar una pequeña diferencia en el tamaño de dos objetos de medidas similares según la posición del tambor graduado del micrómetro.

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Lectura del micrómetro. En el sistema métrico decimal se utilizan tornillos micrométricos de 25 mm de longitud; estos tienen un paso de rosca de 0,5 mm, así al girar el tambor toda una vuelta la espiga se desplaza 0,5 mm.

En el tambor fijo del instrumento hay una escala longitudinal, es una línea que sirve de fiel, en cuya parte superior figuran las divisiones que marcan los milímetros, en tanto que en su lado inferior están las que muestran los medios milímetros; cuando el tambor móvil gira va descubriendo estas marcas, que sirven para contabilizar el tamaño con una precisión de 0,5 mm.

En el borde del tambor móvil contiguo al fiel se encuentran grabadas en toda su circunferencia 50 divisiones iguales, indicando la fracción de vuelta que se hubiera realizado; al suponer una vuelta entera 0,5 mm, cada división equivale a una cincuentava parte de la circunferencia, es decir nos da una medida con una precisión de 0,01 mm.

En la lectura de la medición con el micrómetro nos hemos de fijar por tanto primero en la escala longitudinal, que nos indica el tamaño con una aproximación hasta los 0,5 mm, a lo que se tendrá que añadir la medida que se aprecie con las marcas del tambor, llegando a conseguirse la medida del objeto con una precisión de 0,01 mm.

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En la figura presentamos un micrómetro con una lectura de 6,24 mm, en la escala fija se puede ver hasta la división 6 inclusive, y la división de la escala móvil, del tambor, que coincide con la línea del fiel es la 24, luego la lectura es 6,24mm.

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En este segundo ejemplo podemos que el micrómetro indica: 9,61 mm, en la escala fija se ve la división 9 y además la división de medio milímetro siguiente, en el tambor la división 11 de la escala móvil es la que está alineada con la línea de fiel, luego la medida es 9 mm, más 0,5 mm, más 0,11 mm, esto es 9,61 mm. Micrómetro indicando una medida aproximada de 5,78 mm.

Por último, en el ejemplo de la fotografía puede ser observado el detalle de un micrómetro en el cual la escala longitudinal se ve en su parte superior la división de 5 mm y en la inferior la de otro medio milímetro más. A su vez, en el tambor móvil, la división 28 coincide con la línea central longitudinal.

Así, la medida del micrómetro es:

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Las operaciones aritméticas a realizar son sencillas, y una vez comprendido el principio de funcionamiento, se realizan mentalmente como parte del manejo del instrumento de medida.

[image]Micrómetro con nonio. Micrómetro con nonio, indicando 5,783 mm.

Más sofisticada es la variante de este instrumento que, en adición a las dos escalas expuestas, incorpora un nonio. En la imagen se observa con mayor detalle este modelo; al igual que antes hay una escala longitudinal en la línea del fiel, pero presentando ahora las divisiones tanto de los milímetros como de los medios milímetro ambas en su lado inferior, siendo idéntica la del tambor móvil, con sus 50 divisiones, sin embargo, lo que le diferencia es que sobre la línea longitudinal en lugar de la escala milimétrica se añaden las divisiones de la escala del nonio con 10 marcas, numeradas cada dos, siendo la propia línea longitudinal del fiel la que sirve de origen de dicha numeración. De este modo se alcanza un nivel de precisión de 0,001 mm (1 &µm).

Se aprecia en la foto contigua que la tercera raya del nonio resulta coincidente con una de las del tambor móvil, significando que el tamaño del objeto sobrepasa en 3/10 el valor medido con el mismo.

Así, para el caso del ejemplo, la división visible en la escala longitudinal es la subdivisión del medio milímetro siguiente a la de 5 mm, por su parte en el tambor móvil la línea longitudinal del fiel supera la marca del 28, y por último en el nonio es la tercera raya la que se alinea con una del tambor, de ahí que la medición resultante será:

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[image]La combinación de estos métodos da lugar a un instrumento, quizá un poco sofisticado, que puede dar la lectura con una apreciación de una micra. Una enorme precisión para los usos empíricos usuales.

Micrómetro de profundidades. En el caso del micrómetro de profundidad, sonda, se puede ver las similitudes con el tornillo micrométrico de exteriores, si bien en este caso la escala está en sentido inverso:

Cuando la sonda esta recogida, en su menor medida, el tambor fijo se ve en si totalidad, y el tambor móvil oculta la escala fija a medida que la medida aumenta, por tanto el valor en milímetros enteros y medio milímetro es el ultimo que se oculto por el tambor móvil, la lectura de la escala es similar a la del micrómetro de exteriores.

Micrómetro Métrico. Lectura  (Sistema métrico en pulgadas)

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1 Ten en cuenta que la medición se iniciará con el numero entero 2.___ ”.

2 Mira la lectura para 100 milésimas en el tambor fijo (2,5).

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3 Mira la lectura individual de las 25 milésimas que están expuestas junto a la marca de las 100 milésimas, es decir, después de los 5 (0,25).

4 Encuentra el número y la marca correspondiente en la escala del tambor móvil más cercano pero por debajo de la línea de medición en el tambor fijo (20).

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5 Añade este número a la lectura de las 25 milésimas (20 + 25), la medición se debe leer hasta ahora como 2,545.

6 Dale la vuelta al micrómetro para obtener la lectura de las 10 milésimas.

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7 Ubica la marca en el tambor fijo que está alineada con la marca del tambor móvil (4); la medición final debe ser ahora 2,5454.

Transformación de medidas

Forma correcta de transformar las medidas de Pulgadas a Milímetros – Milímetros a pulgadas.

* Continente Americano —> Pulgadas    * Continente europeo     —> Milímetros

* Continente Asiático     —> Milímetros 1″ —> 2,54cm 1″ —> 25,4mm

Para Transformar (“) pulgadas a (mm) Milímetros o (cm) Centímetros, se multiplica por el valor especifico de la pulgada en (mm) ó (cm). Para convertir (mm) a (“) se divide por su valor respectivo en (mm) ó (cm).

EJEMPLOS:

2″ —> mm                      25,4 x 2 = 50,8mm

50mm —> ”                     50,8 : 25,4 = 2″

1″ 1/2 —> mm                     3/2″ = 1,5″                      25,4 x 1,5 = 38,1mm

TABLAS DE CONVERSIONES

1. LONGITUD

Unidadcmm (SI)kmpulg.pieyardamilla
1 cm10,010,000010,3937010,03280830,01093616,21371 E-6
1 m (SI)10010,00139,37013,280841,093616,21371 E-4
1 km1,0 E+5100013,93701 E+43280,41093,60,621371
1 pulg.2,540,02542,54 E-510,083330,0277781,57828 E-5
1 pie30,480,30483,048 E-41210,3333331,8939 E-4
1 yarda91,440,91449,144 E-436315,6818 E-4
1 milla1,60934 E+51609,341,609346,336 E+4528017601

2. SUPERFICIE

Unidadcm2m2 (SI)km2pulg.2pie2yarda2milla2
1 cm211,0 E-41,0 E-100,15501,0764 E-31,1960 E-43,8611 E-11
1 m2 (SI)1,0 E+411,0 E-61550,010,76391,195983,8611 E-7
1 km21,0 E+101,0 E+611,5500 E+091,07610 E+71,1960 E+60,38611
1 pulg.26,45166,4516 E-46,4616 E-1016,9444 E-37,7161 E-42,4910 E-10
1 pie2929,030,0929039,2903 E-814410,111113,5868 E-8
1 yarda28,3613 E+30,836138,3613 E-71296913,2283 E-7
1 milla22,5900 E+102,5900 E+62,589984,0145 E+92,7878 E+73,0976 E+61

3. VOLUMEN

Unidadcm3litrom3 (SI)pulg.3pie3galón
1 cm310,0011,0 E-66,1024 E-23,5315 E-52,6417 E-4
1 litro100010,00161,0243,5315 E-20,26417
1 m3 (SI)1,0 E+6100016102,435,315264,17
1 pulg.316,38711,6387 E-21,6387 E-515,7870 E-44,3290 E-3
1 pie32,8317 E+428,31682,8317 E-2172817,4805
1 galón3785,43,78543,7854 E-3231,000,133681

4. MASA

Unidadgkg (SI)ton. métr.onzalbton. corta
1 gramo10,0011,0 E-63,5274 E-22,2046 E-31,1023 E-6
1 kilogramo100010,00135,2742,20461,1023 E-3
1 ton. métr.1,0 E+6100013,5274 E+42204,61,1023
1 onza28,3492,8349 E-22,8349 E-510,062503,1250 E-5
1 libra453,590,453594,5359 E-41615,0000 E-4
1 ton corta9,0718 E+5907,180,907183,2000 E+420001

5. DENSIDAD

Unidadg/cm3g/lkg/m3 (SI)lb/pie3lb/galón
1 g/cm311000100062,42808,34540
1 g/l0,00111,0006,2428 E-28,3454 E-3
1 kg/m3 (SI)0,0011,00016,2428 E-28,3454 E-3
1 lb/pie31,6018 E-216,018516,018510,13368
1 lb/galón0,119826119,826119,8267,480521

6. PRESION

Unidadatm.barkgf/cm2lbf/pulg.2mmHgpascal (SI)pulg. H2O
1 atmósfera11,013251,0332314,6967601,01325 E+5406,782
1 bar0,98692311,0197214,5038750,0641,0 E+5401,463
1 kgf/cm20,9678410.980665114,2233735,5619,80665 E+4393,701
1 lbf/pulg.26,8046 E-26,8948 E-27,0307E-2151,71516894,7627,6799
1 mmHg1,3158 E-31,3332 E-31,3595 E-31,9337 E-21133,3220,535239
1 pascal (SI)9,8692 E-61,0 E-51,0197 E-51,4504 E-47,5006 E-314,0146 E-3
1 pulg.H2O2,4583 E-32,4909 E-32,5400 E-33,6127 E-21,86833249,0891

8. POTENCIA

UnidadBTU/hrhpkcal/hrkWpie-lbf/sW (SI)
1 BTU/hr13,93015 E-40,2521642,93071 E-40,2161580,293071
1 hp2544,431641,6160,745700550,0745,700
1 kcal/hr3,965671,55857 E-311,16222 E-30,8572111,16222
1 kilowatt3412,141,34102860,4211737,5621000
1 pie-lbf/s4,626241,81818 E-31,166571,3558 E-311,35582
1 watt (SI)3,412141,34102 E-30,8604210,0010,7375621

7. ENERGIA

UnidadBTUcalhp-hrJ (SI)kW-hrl-atm.pie-lbf
1 BTU1252,1643,93015 E-41055,0562,9307 E-410,4126778,169
1 caloría3,96567 E-311,55856 E-64,18401,16222 E-64,1293 E-23,08596
1 hp-hr2544,436,4162 E+512,68452 E+60,745702,6494 E+41,9800 E+6
1 joule (SI)9,47817 E-40,2390063,72506 E-712,77778 E-79,8692 E-30,737562
1 kW-hr3412,148,60421 E+51,341023,6 E+613,5529 E+42,6552 E+6
1 litro-atm.9,6038 E-224,21733,7744 E-5101,3252,8146 E-5174,7335
1 pie-lbf1,2851 E-30,3240485,0505 E-71,355823,7662 E-71,3381 E -21

9. ENERGIA ESPECIFICA

UnidadBTU/lbcal/gJ/gJ/kg (SI)
1 BTU/lb10,5559272,326002326,00
1 cal/g1,7988014,1844184
1 J/g0,4299230,23900611000
1 J/kg (SI)4,29923 E-42,39006 E-40,0011

10. CAPACIDAD CALORIFICA Y ENTROPIA ESPECIFICA

UnidadBTU/lb ºFcal/g ºCJ/g KJ/kg K (SI)
1 BTU/lbºF11,000674,186804186,80
1 cal/g ºC0,99933014,1844184
1 J/g K0,2388460,23900611000
1 J/kg K (SI)2,38846 E-42,39006 E-40,0011

PREFIJOS DE SISTEMA DE UNIDADES

PrefijoAbreviaturaValor
yottaY10 24
zettaZ10 21
exaE10 18
petaP10 15
teraT10 12
gigaG10 9
megaM10 6
kilok10 3
hectoh10 2
decada10 1
Sin prefijoSin abreviatura 1
decid10 -1
centic10 -2
milim10 -3
microµ10 -6
nanon10 -9
picop10 -12
femtof10 -15
attoa10 -18
zeptoz10 -21
yoctoy10 -24

Con respecto al uso o no de la notación exponencial, lo más recomendable es hacerlo según lo creamos conveniente dependiendo del caso, excepto que se nos pida la utilización estricta de una determinada notación. Por ejemplo 10 metros no parece conveniente escribirlo como 101 metros. En cambio 1000 Km sí nos conviene escribirlo de manera exponencial como 106 metros, o bien 1000 x 103 metros.

MEDIDAS DE PRESION

Se denomina presión a la magnitud que relaciona la fuerza aplicada a una superficie y el área de la misma (solo aplicada a fluidos). La presión se mide con manómetros o barómetros, según el caso.

Conversiones y equivalencias

pascal

(Pa)

bar

(bar)

milibar

(mbar)

atmósfera técnica

(at)

atmósfera

(atm)

torr

(Torr)

*(psi)
1 Pa≡ 1 N/m210−510−21,0197×10−59,8692×10−67,5006×10−3145,04×10−6
1 bar100.000≡ 106dyn/cm21031,01970,98692750,0614,5037744
1 mbar10010−3 hPa0,00101970,000986920,750060,0145037744
1 at98.066,50,980665980,665≡ 1 kgf/cm20,96784735,5614,223
1 atm1013251,013251.013,251,0332≡ 1 atm76014,696
1 torr133,3221,3332×10−31,33321,3595×10−31,3158×10−3≡ 1 Torr; ≈ mm Hg19,337×10−3
1 psi6,894×10368,948×10−368,94870,307×10−368,046×10−351,715≡ 1 lbf/in2

Ejemplo: 1 Pa = 1 N/m2  = 10−5 bar  = 10−2 mbar  = 1,0197×10−5 at  = 9.8692×10−6 atm, etc.

*Las siglas PSI proceden de “Pound-force per Square Inche” = “libra-fuerza por pulgada cuadrada”.

Factor de potencia

Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S.1 Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón, f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas; y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0.

Se define el factor de potencia como:

[image]

Donde Φ es el ángulo entre la potencia activa P y el valor absoluto de la aparente S.

Si las ondas de voltaje y corriente son PERFECTAMENTE senoidales entonces [image]. Φv es el ángulo del voltaje. Φi es el ángulo de la corriente.

El Factor de Potencia (FP) es la relación entre las Potencias Activa (P) y Aparente (S). Si la onda de corriente alterna es perfectamente senoidal, FP y Cosφ coinciden.

Potencia activa (real)

Los receptores eléctricos son capaces de aportar energía a su entorno. Esta energía puede fundamentalmente ser de tres formas distintas: Energía de movimiento (trabajo), Energía calorífica y Energía luminosa. Ahora bien, para producir energía en forma de movimiento, luz o calor, deben de absorber de la red eléctrica una energía eléctrica capaz de ser transformada. Esta energía se llama energía activa y su cuantificación por unidad de tiempo es la potencia activa. Tenemos entonces que

[image]

donde:

P: potencia activa en watios [W] o en kilowatios [Kw].

t: tiempo en horas [h].

WP: energía activa en kilowatios*hora [Kwh].

La potencia activa en los circutos de AC responde a la siguiente expresión:

[image]

donde:

V: valor eficaz de la tensión.

I: valor eficaz de la intensidad.

cosφ: factor de potencia (comprendido entre 0 y 1)

Potencia aparente

La potencia aparente (S), llamada también “potencia total”, es el resultado de la suma geométrica de las potencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra una planta eléctrica cuando se encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de carga conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito eléctrico es potencia activa (P).

La potencia aparente se representa con la letra “S” y su unidad de medida es el volt-ampere (VA). La fórmula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente: S= V * I

Reactancia

se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) y condensadores, se mide en Ohmios y su símbolo es Ω. Junto a la resistencia eléctrica determinan la impedancia total de un componente o circuito, de tal forma que la reactancia (X) es la parte imaginaria de la impedancia (Z) y la resistencia (R) es la parte real, según la igualdad:

Z = R + jX

Reactancia capacitiva

es el tipo de reactancia que se opone al cambio del voltaje por lo cual se dice que la corriente (i) adelanta al voltaje (v) por 90°, por lo cual al represetar este defasamiento en un diagrama de onda senoidal y/o de fasores la corriente irá 90° adelante del voltaje. La reactancia capacitiva se representa por XC y su valor viene dado por la fórmula:

[image]

en la que:

XC = Reactancia capacitiva en ohms

C = Capacitancia en farads

f= Frecuencia en hertzs

[image] = Frecuencia angular

Reactancia inductiva

en la reactancia inductiva es lo contrario a la capacitiva, en este caso la corriente sera la que sea adelantada por el volteaje puesto que la reactancia inductiva se opone a los cambios de voltaje.

La reactancia inductiva se representa por XL y su valor viene dado por:

[image]

en la que:

XL = Reactancia inductiva en ohm

L = Inductancia en henrios

f= Frecuencia en Hertz

[image] = Frecuencia angular

Inductancia

la inductancia ([image]), es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético ([image]) y la intensidad de corriente eléctrica ([image]) que circula por la bobina y el número de vueltas (N) del devanado:

[image]

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia. El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente [image] exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas. Esta definición es de poca utilidad porque es difícil medir el flujo abrazado por un conductor. En cambio se pueden medir las variaciones del flujo y eso sólo a través de la Tensión Eléctrica [image] inducida en el conductor por la variación del flujo. Con ello llegamos a una definición de inductancia equivalente pero hecha a base de cantidades que se pueden medir, esto es, la corriente, el tiempo y la tensión:

[image]

El signo de la tensión y de la corriente son los siguientes: si la corriente que entra por la extremidad A del conductor, y que va hacia la otra extremidad, aumenta, la extremidad A es positiva con respecto a la opuesta. Esta frase también puede escribirse al revés: si la extremidad A es positiva, la corriente que entra por A aumenta con el tiempo. En el SI, la unidad de la inductancia es el henrio (H), llamada así en honor al científico estadounidense Joseph Henry. 1 H = 1 Wb/A, donde el flujo se expresa en weber y la intensidad en amperios. El término “inductancia” fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886, mientras que el símbolo [image] se utiliza en honor al físico Heinrich Lenz.

La inductancia siempre es positiva, salvo en ciertos circuitos electrónicos especialmente concebidos para simular inductancias negativas, y los valores de inductancia prácticos, van de unos décimos de nH para un conductor de 1 milímetro de largo, hasta varias decenas de miles de Henrios para bobinas hechas de miles de vueltas alrededor de núcleos ferromagnéticos.

Impedancia

La impedancia (Z) es la medida de oposición que presenta un circuito a una corriente cuando se aplica un voltaje. La impedancia extiende el concepto de resistencia a los circuitos de corriente alterna (CA), y posee tanto en magnitud y fase, a diferencia de la resistencia, que sólo tiene magnitud. Cuando un circuito es accionado con corriente continua (CC), no hay distinción entre la impedancia y la resistencia; este último puede ser pensado como la impedancia con ángulo de fase cero. Es una magnitud que establece la relación (cociente) entre la tensión y la intensidad de corriente. Tiene especial importancia si la corriente varía en el tiempo, en cuyo caso, ésta, el voltaje y la propia impedancia se describen con números complejos o funciones del análisis armónico. Su módulo (a veces inadecuadamente llamado impedancia) establece la relación entre los valores máximos o los valores eficaces del voltaje y de la corriente. La parte real de la impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la reactancia. El concepto de impedancia generaliza la ley de Ohm en el estudio de circuitos en corriente alterna (AC).

El término fue acuñado por Oliver Heaviside en 1886. En general, la solución para las corrientes y las tensiones de un circuito formado por resistencias, condensadores e inductancias y sin ningún componente de comportamiento no lineal, son soluciones de ecuaciones diferenciales. Pero, cuando todos los generadores de voltaje y de corriente tienen la misma frecuencia constante y sus amplitudes son constantes, las soluciones en estado estacionario (cuando todos los fenómenos transitorios han desaparecido) son sinusoidales y todos los voltajes y corrientes tienen la misma frecuencia que los generadores y amplitud constante. La fase, sin embargo, se verá afectada por la parte compleja (reactancia) de la impedancia.

Cuando todos los generadores no tienen la misma frecuencia o si las señales no son sinusoidales, se puede descomponer el cálculo en varias etapas en cada una de las cuales se puede utilizar el formalismo de impedancias.

Clases de capacitores

Capacitor es un dispositivo formado por dos placas metálicas separadas por un aislante llamado dieléctrico. Un dieléctrico o aislante es un material que evita el paso de la corriente. También llamados filtros, condensadores… en fin son “populares”

[image]Hay muchas clases de capacitores pero los más usados son:

1. En primer lugar, tenemos a los capacitores electrolíticos convencionales, que utilizan placas de aluminio y un óxido de electrolito como material dieléctrico. En la fabricación de un capacitor de esta clase, este óxido se forma a partir de la circulación de una corriente eléctrica sobre un ácido electrolítico interno del capacitor, lo cual genera una pequeña capa de óxido sobre el aluminio.

2. Existe otro tipo de capacitores que no usa un ácido electrolítico, sino un polímero orgánico de estado sólido. A estos capacitores, que son más caros pero de mejores prestaciones, se los denomina comúnmente capacitores de estado sólido.

[image]

Tipos de capacitores. Existen diversos tipos de capacitores, los cuales posee propiedades y características físicas diferentes, entre los cuales se encuentran:

1. Capacitores eléctricos de aluminio: Son populares debido a su bajo costo y gran capacitancia por unidad de volumen Existen en el mercado unidades polarizadas y no polarizadas. Son del tipo de hojas metálicas, con un electrolito que puede ser acuoso, en pasta o “seco” (sin agua). Presentan un decremento gradual en capacitancia sobre un largo periodo, debido a la pérdida de electrolito a través de los sellos, aunque con los tipos recientes de empaque se ha reducido de manera significativa este deterioro, y los capacitores presentan en la actualidad un decremento del 10%, o menor, al cabo de 10 000 horas.

Para la limpieza se recomienda xileno, alcoholes y ciertos tipos de detergentes exentos de cloro.

[image]

2. Capacitores eléctricos de tantalio: Son más flexibles y confiables, y presentan mejores características que los electrolíticos de aluminio, pero también su costo es mucho más elevado. Existen tres tipos:

  • Capacitores de hojas metálicas (láminas): Se elaboran del mismo modo que los electrolíticos de aluminio. Los alambres conductores de tantalio se sueldan por puntos tanto a la lámina del ánodo como a la del cátodo, las cuales se arrollan después con separadores de papel en un rollo compacto.
  • Capacitores de hojas de tantalio: Existen en el mercado en tamaños que varían de 0.12 hasta 3 500 mF, a voltajes hasta de 450 V. La mayor parte de las aplicaciones para este tipo de capacitor se encuentran en los intervalos de voltaje superiores, en los que no es posible aplicar los condensadores de tantalio húmedo, y cuando se requieren calidades superiores a las de los electrolíticos de aluminio, a pesar del mayor costo.
  • Capacitores de tantalio sólido: Parecido a la versión húmeda, en cuanto a sus etapas iniciales de manufactura. No hay líquido que se evapore, y el electrolito sólido es estable. La variación de la capacitancia es muy pequeña: ±10% respecto de su valor a temperatura ambiente en todo el intervalo de temperatura desde -55 hasta 125° C.

[image]

3. Capacitores eléctricos de Cerámica: Bajo costo, reducido tamaño, amplio intervalo de valor de capacitancia y aplicabilidad general en la electrónica. Son particularmente idóneos para aplicaciones de filtrado, derivación y acoplamiento de circuitos híbridos integrados, en las que es posible tolerar considerables cambios en la capacitancia. Se elaboran en forma de disco, como capacitores de capas múltiples o monolíticos, o en forma tubular. El material dieléctrico es principalmente titanato de bario, titanato de calcio o dióxido de titanio con pequeñas cantidades de otros aditivos para obtener las características deseadas.

4. Capacitores eléctricos de papel o plástico: El papel, el plástico y las combinaciones de ambos se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, como filtrado, acoplamiento, derivación, cronometraje y suspensión de ruido. Son capaces de funcionar a altas temperaturas, poseen alta resistencia de aislamiento, buena estabilidad. La propiedad de autorreparación de las películas metálicas es bastante útil en ciertas aplicaciones. La disponibilidad de películas extremadamente delgadas y la gran variedad de materiales proporciona la flexibilidad necesaria para un gran intervalo de aplicaciones. La capacitancia varía con la temperatura de un dieléctrico a otro. Los capacitores de papel y plástico pueden emplearse a altas frecuencias, según el tamaño y la longitud de las puntas.

5. Capacitores de mica y vidrio: Los capacitores con dieléctrico de mica y vidrio se aplican cuando se requiere carga eléctrica alta y excelente estabilidad con respecto a la temperatura y frecuencia. Los capacitores de mica existen en el mercado con una gran diversidad de tamaños. Tanto los capacitores de mica como los de vidrio son estables con respecto a la temperatura. Para algunos valores de capacitancia es posible que el coeficiente de temperatura sea cero. Ambos tipos de capacitores pueden operar a alta frecuencia. La frecuencia de autorresonancia es de unos 10 MHz para grandes valores del capacitor y mayor de 100 MHz para valores más pequeños.

Código de resistencia de colores

Las resistencias son elementos pasivos muy comunes en los circuitos, ya que son indispensables en cualquier diseño eléctrico o electrónico. Posteriormente conoceremos algunas de sus aplicaciones. Para identificar su valor se usa el llamado código de colores. En la figura 1 ilustramos una resistencia típica.

[image]

Tiene un cuerpo cilíndrico de uno a dos centímetros de longitud, con un segmento de alambre a cada lado. En su superficie tiene tres o cuatro bandas de colores, igualmente espaciadas, más cercanas a uno de los extremos. Si sujetamos la resistencia con la mano izquierda, por el lado donde están las bandas de colores, podemos deducir su valor si sabemos el número que representa cada color.

La tabla del código de colores de las resistencias se utiliza para saber la equivalencia entre los colores y los números del 0 al 10. Por otro lado, las dos primeras bandas de izquierda a derecha corresponden a los dos primeros dígitos del valor de la resistencia. La tercera banda es la potencia de 10 por la cual debe multiplicarse los dos dígitos mencionados. La cuarta banda representa la tolerancia en el valor de la resistencia. Las resistencias que usaremos en este manual tienen tres tolerancias posibles: 5%, identificadas con una banda dorada,10%, con una plateada, y 20%, sin banda. En el caso de la resistencia de la figura 1, y con ayuda de la tabla de la figura 2 podemos decir que su valor es de (24 ± 2.4) kW. Esto se obtiene viendo que la primera banda es roja = 2, la segunda, amarilla = 4, la tercera, naranja = 3, y la cuarta, plateada = 10%.

El resultado se confecciona como 24 ´ 103,  al 10%. El 10% de 24 es 2.4. Debemos mencionar que 103 equivale al prefijo kilo, abreviado k, en el Sistema Internacional de unidades. La resistencia se mide en ohmios, abreviados con la letra griega omega mayúscula, W. Por otro lado, 103 W = 1000 W y es lo mismo que 1 kW.

[image]Código de colores[image][image]
Colores1ª Cifra2ª CifraMultiplicadorTolerancia
Negro[image]00[image]
Marrón11x 10[image]1%
Rojo22x 102[image]2%
Naranja33x 103[image]
Amarillo44x 104[image]
Verde55x 105[image] 0.5%
Azul66x 106[image]
Violeta77x 107[image]
Gris88x 108[image]
Blanco99x 109[image]
Oro[image][image]x 10-1[image]5%
Plata[image][image][image]x 10-2[image]10%
Sin color[image][image][image][image]20%
[image]Ejemplo:[image][image][image]

[image]Si los colores son: ( Marrón – Negro – Rojo – Oro )

su valor en ohmios es: [image]1[image]0[image]x 100[image]5 %  = 1000[image]  = [image]1K[image] Tolerancia de [image] 5% [image]5 bandas de colores

También hay resistencias con 5 bandas de colores, la única diferencia [image]respecto a la tabla anterior, es qué la tercera banda es la 3ª Cifra, el [image]resto sigue igual.

[image]

Codificación en Resistencias SMD[image]

[image]En las resistencias SMD ó de montaje en superficie su codificación más
[image]usual es:

[image][image]1ª Cifra = 1º número

2ª Cifra = 2º número

3ª Cifra = Multiplicador

En este ejemplo la resistencia tiene un valor de:

1200 ohmios = 1K2

[image][image]1ª Cifra = 1º número

La ” R ” indica coma decimal

3ª Cifra = 2º número

En este ejemplo la resistencia tiene un valor de:1,6 ohmios
[image][image]La ” R ” indica ”  0. ”

2ª Cifra = 2º número

3ª Cifra = 3º número

En este ejemplo la resistencia tiene un valor de:

0.22 ohmios

[image]Series de resistencias  E6 – E12 – E24 – E48, norma IEC[image]

[image]Series de resistencias normalizadas y comercializadas más habituales para [image]potencias pequeñas. Hay otras series como las  E96, E192  para usos más [image]especiales.

[image]

Código de colores capacitores

Determinar el valor de un capacitor por medio del código de colores no es difícil y se realiza sin problemas. Al igual que en los resistores este código para capacitores permite, de manera fácil, establecer su valor.

Tabla del código de colores de los capacitores / condensadores

[image]

[image]El código 101 de los capacitores. El código 101 es muy utilizado como código para capacitores cerámicos. Muchos de ellos que tienen su valor impreso, como los de valores de 1 uF o más. Donde: uF = microfaradio. Ejemplo: 47 uF, 100 uF, 22 uF, etc.

Para capacitores de menos de 1 uF, la unidad de medida es el pF (picoFaradio) y se expresa con una cifra de 3 números. Los dos primeros números expresan su significado por sí mismos, pero el tercero expresa el valor multiplicador de los dos primeros. Ver la siguiente tabla.

Ejemplo: Un capacitor que tenga impreso el número 103 significa que su valor es 10 + 1000 pF = 10,000 pF.

Ver que 1000 tiene 3 ceros (el tercer número impreso). En otras palabras 10 más 3 ceros = 10,000 pF. El significado del tercer número se muestra en la tabla.

Después del tercer número aparece muchas veces una letra que indica la tolerancia del capacitor expresada en porcentaje (algo parecido a la tolerancia en las resistores). Ver el párrafo siguiente

[image]Tabla de tolerancia del código 101 de los capacitores. La tabla muestra las distintas letras y su significado (porcentaje)

Ejemplo: Un capacitor tiene impreso lo siguiente:

104H 104 significa 10 + 4 ceros = 10,000 pF H = +/- 3% de tolerancia.

474J 474 significa 47 + 4 ceros = 470,000 pF, J = +/- 5% de tolerancia. 470.000pF = 470nF = 0.47µF

Algunos capacitores tiene impreso directamente sobre ellos el valor de 0.1 o 0.01, lo que sindica 0.1 uF o 0.01 uF

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___________.WEBSCOLAR. Introducción a la Electricidad Industrial. http://www.webscolar.com/introduccion-a-la-electricidad-industrial. Fecha de consulta: 22 de mayo de 2019.

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