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FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA.

INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” BARCELONA ESTADO ANZOÁTEGUI.

INGENIERIA ELÉCTRICA. POTENCIA Y CONTROL. Editor: José Alonzo Jerez Romero C.I : V-25.150.989. Carrera: 43 Ingeniería Eléctrica. Informática. Sección S1. Docente: Lic. Mayra Lanza Barcelona-07/2019.

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FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA. de escalera, elementos usados en control, explicación del funcionamiento de EDITORIAL los contactores, interruptores, tipos de relevadores, ejemplos de un diagrama de La ingeniería eléctrica es sin duda alguna, control con su diagrama de fuerza. El uno de los pilares de la ingeniería en todos control automático ha jugado un papel los aspectos. Muchos son los que creen que vital en el avance de la ciencia y de el campo laboral del ingeniero eléctrico se la ingeniería, además de su extrema limita a las instalaciones eléctricas, sin embargo, son muchas las áreas en las que se importancia en vehículos espaciales, sistemas de guía de proyectiles, sistemas puede desarrollar. Si bien es verdad que los robóticos, entre otros con los avances ingenieros eléctricos tienen el conocimiento para trabajar en la instalación de redes, tanto en la teoría y práctica del control automático, se brindan los medios para en construcciones mayores como en casas, lograr el funcionamiento óptimo de es común encontrar a este tipo de sistemas dinámicos, mejorar la calidad y profesionales en áreas tan diversas como la abaratar los costos de producción, automatización, ya que al ser una carrera expandir el ritmo de producción, liberar la “base”, tienen los fundamentos para complejidad de muchas rutinas, de las adaptarse casi a cualquier disciplina. Mi tareas manuales repetitivas, todo esto enfoque en este tema está basado por mi referido a la ingeniería eléctrica en carrera de estudio, el cual, hablaremos aquí potencia y control, el cual vamos a un poco de ella. estudiar a profundidad en este capítulo. PROLOGO. Estos datos son muy importantes para el Para entender qué es la potencia eléctrica es trabajo y carrera que emprendido porque necesario conocer primeramente el concepto me va a permitir obtener los de “energía”, que no es más que la capacidad conocimientos necesarios para que tiene un mecanismo o dispositivo desarrollar tanto las actividades eléctrico cualquiera para realizar un trabajo. académicas como en el área de trabajo Energía: es la capacidad de producir un que a su vez son de suma importancia trabajo en potencia o en acto. De acuerdo con para dar soluciones a los sistema la definición de la física, “la energía ni se crea eléctrico del país que hoy en día se ni se destruye, se transforma”. En el caso de encuentra muy afectado debido a la falta la energía eléctrica esa transformación se de mantenimiento e inversión, el cual manifiesta en la obtención de luz, calor, frío, cumple con el objetivo que me he trazado movimiento (en un motor), o en otro trabajo para el mejoramiento del suministro útil que realice cualquier dispositivo eléctrico necesario para la región conectado a un circuito eléctrico cerrado. La energía utilizada para realizar un trabajo cualquiera, se mide en “joule” y se representa con la letra “J”. La potencia eléctrica es la relación de transferencia de energía por unidad de tiempo. Una introducción al control eléctrico de motores, simbología básica de los diagramas 2


FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA. INDICE. Portada…………………….1 Editorial…………………….2 Prologo……………………..2 Indicé……………………….3 La ingeniería eléctrica…….4 Potencia y control…………5 Potencia…………………....5 Control……………………...6 Interfaces…………………...8 Tiempo de respuesta……...8 Conclusión………………....10

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LA INGENIERÍA ELÉCTRICA. La ingeniería eléctrica según su origen etimológico proviene de la palabra ‘’elektron’’ y se traduce como ‘’ámbar’’ y el sufijo-iko que viene a significar ‘’relativo a’’, esto quiere decir que el campo de la ingeniería es la que se ocupa del estudio y la actividad de la electricidad, la electrónica y el electromagnetismo, donde aplica conocimientos de ciencias, como la física y las matemáticas para diseñar sistemas y equipos, donde puedan repartir y utilizar la energía eléctrica. La ingeniería eléctrica, es conocida como una carrera profesional que forma parte de las áreas fundamentales de la ingeniería civil, donde su evolución con el tiempo abarca una serie de disciplina que incluye la ingeniería electrónica, los sistemas de control, el procesamiento de señales y las telecomunicaciones que depende del lugar y del contexto en que se use. En el término de la ingeniería eléctrica puede o no abarcar a la ingeniería electrónica, es la que surge como una subdivisión y ha tenido una importante evolución desde la acción del tubo o válvula termoiónica que es una emisión de electrones provocada por el calor. La ingeniería eléctrica aplica conocimientos de ciencias como la física y la matemática. Considerando que esta rama de la ingeniería resulta más abstracta que otras, la formación de un ingeniero electricista requiere una base matemática que permita la abstracción y entendimiento de los fenómenos electromagnéticos. Tras este tipo de análisis ha sido posible comprender esta rama de la física, mediante un conjunto de ecuaciones y leyes que gobiernan los fenómenos eléctricos y magnéticos. Por ejemplo, el desarrollo de las leyes de Maxwell permite describir los

FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA. fenómenos electromagnéticos y forman la base de la teoría del electromagnetismo. En el estudio de la corriente eléctrica, la base teórica parte de la ley de Ohm y las leyes de Kirchhoff. Además se requieren conocimientos generales de mecánica y de ciencia de materiales, para la utilización adecuada de materiales adecuados para cada aplicación. Un ingeniero electricista debe tener conocimientos básicos de otras áreas afines, pues muchos problemas que se presentan en ingeniería son complejos e interdisciplinares. Algunas áreas donde se aplica la ingeniería eléctrica. • Producción de energía eléctrica: diseñar, instalar y mantener sistemas de producción de energía eléctrica con base en fuentes energéticas hidráulicas, térmicas y no convencionales. • Transporte de energía eléctrica: diseñar, instalar y mantener sistemas de transformación, transmisión y distribución de energía eléctrica. • Análisis de sistemas eléctricos: evaluar y desarrollar técnicas de análisis con base en modelos de los sistemas y equipos que intervienen en la producción, consumo, transporte y legislación del uso de la Energía Eléctrica. • Control, protección y medición de sistemas eléctricos: diseñar, aplicar, evaluar, mantener e instalar los sistemas y equipos que intervienen el control, protección y medición de la producción, consumo, transporte y legislación del uso de la energía eléctrica.

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POTENCIA Y CONTROL. POTENCIA. La potencia eléctrica es la proporción por unidad de tiempo, o ritmo, con la cual la energía eléctrica es transferida por un circuito eléctrico. Es decir, la cantidad de energía eléctrica entregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio o watt (W).

FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA. sinusoidal, el promedio de potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaces o valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.

Al sistema de potencia lo forman todos los elementos que están interrelacionados con el fin de lograr Cuando una corriente eléctrica fluye en realizar un trabajo en función del tiempo, cualquier circuito, puede transferir energía al sin incluir los elementos de control. Ya hacer un trabajo mecánico o termodinámico. que estos están clasificados como los Los dispositivos convierten la energía que operan a un dispositivo. eléctrica de muchas maneras útiles, Quisiera que quedara bien claro esto: como calor, luz (lámpara Los elementos de potencia vienen siendo incandescente), movimiento (motor los elementos con los cuales opera un eléctrico), sonido (altavoz) o procesos equipo. químicos. La electricidad se puede producir Y los elementos de control vienen siendo mecánica o químicamente por la generación los elementos por los cuales operan los de energía eléctrica, o también por la elementos de potencia los que a su vez transformación de la luz en las células hacen que opere un equipo fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar ¿Notan la diferencia? químicamente en baterías. Si retrocedemos al ejemplo anterior, al del control de velocidad de un motor de La tensión eléctrica se puede definir como el corriente directa de 45 HP ¿Cuáles trabajo por unidad de carga ejercido por el serían en este caso los elementos del campo eléctrico sobre una partícula cargada sistema de potencia? para moverla entre dos posiciones Pues bien la respuesta es: determinadas. La tensión es independiente El interruptor general del camino recorrido por la carga y depende Los fusibles exclusivamente del potencial eléctrico entre Las líneas de transmisión dos puntos del campo eléctrico. El contactor Potencia en corriente continua. Los elementos térmicos y Cuando se trata de corriente continua (CC) la Él módulo de potencia de los potencia eléctrica desarrollada en un cierto rectificadores controlados de silicio instante por un dispositivo de dos terminales, Si bien se fijan son todos los elementos es el producto de la diferencia de potencial que están interrelacionados para llevar lo entre dichos terminales y la intensidad de que es el voltaje de alimentación de 440 corriente que pasa a través del dispositivo. volts. Hasta la carga que en este caso es Potencia en corriente alterna. el motor de corriente directa en cuestión. Cuando se trata de corriente alterna (AC) 5


estamos mencionando para nada a las tarjetas electrónicas, a ninguna. Observen también que tampoco estamos mencionando a ninguna clase de sensor o relevador o tacómetro, o lámparas piloto o LED`s Tampoco mencionamos a los LIMIT SWITCH, a los microswitch, a los potenciómetros, ni a las fuentes de voltaje de 12 volts Pues bien ninguno de estos elementos se mencionó y ¿saben porque? Ya lo saben... ¡¡¡Correcto!!! No se mencionaron porque todos estos elementos conforman lo que es el sistema de control que es muy diferente al sistema de potencia.

FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA. Observen bien que en ningún momento (investigación básica, investigación aplicada, militares, industriales, comerciales, etc.), las cuales han hecho de la ingeniería de control una materia científica y tecnológica imprescindible hoy en día

Un grupo de elementos o componentes que operan a un dispositivo, a un mecanismo o a nuestro propio cuerpo. Es un sistema de control. Lo que hace mover a la posición deseada un telescopio, por ejemplo, es un sistema de control el cual puede operar en lazo cerrado o en lazo abierto. En un sistema en lazo abierto el telescopio se propulsa a la posición deseada, sin, embargo, no se incluye ningún mecanismo para verificar si el instrumento en realidad alcanza esta posición. CONTROL. Un sistema en lazo cerrado proporciona La ingeniería de control es la disciplina de además una señal la ingeniería que aplica la teoría de de retroalimentación proveniente del control para diseñar, planificar y desarrollar mecanismo propulsor del telescopio de sistemas con comportamientos deseados. La modo que pueda compararse la posición práctica requiere utilización de sensores deseada con la presente y desarrollarse y actuadores de entrada para hacer una señal de error para conseguir la modificaciones en la respuesta de salida. La diferencia. ingeniería de control se enfoca principalmente Otro ejemplo lo tenemos en las alarmas en la implementación de sistemas de control a de cualquier tipo. El control viene siendo partir de modelamientos matemáticos. todos los elementos como lo son los sensores, los microswitch, los Se ocupó desde sus orígenes de la relevadores, y todos aquellos elementos automatización y del control automático de sistemas complejos, sin intervención humana que de una u otra forma propician que la directa. Campos como el control de procesos, potencia llegue a la carga. Entendiéndose como potencia el voltaje control de sistemas electromecánicos, de alimentación y como carga la sirena, supervisión y ajuste de controladores y otros el claxon, la luz intermitente. donde se aplican teorías y técnicas entre las Cabe mencionar que en la mayoría de los que podemos destacar: Control casos la potencia o sea el voltaje de óptimo, control predictivo, control alimentación viene siendo mayor o robusto y control no lineal entre otros, todo ello con trabajos y aplicaciones muy diversas mucho mayor que el voltaje de control, 6


FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA. por ejemplo en un servomecanismo digamos nuestro cerebro se generan señales que un sistema de control de velocidad de un se transmiten al sistema motriz a nuestros motor de corriente directa de 45 HP. El voltaje brazos, a nuestras manos y así de esta de alimentación es de 440 volts de corriente forma vamos girando el volante para ir alterna trifásicos, los cuales tendrán que ser tomando las curvas y las rectas de rectificados por medio de un módulo de acuerdo a la posición deseada. potencia compuesto por 6 rectificadores Ahora, ¿qué sucede cuando de controlados de silicio puesto que el motor es improvisto se nos presenta un obstáculo de corriente directa. A lo que voy es a lo en el camino? siguiente: De igual forma que la anterior, primero Que mientras el voltaje de alimentación es de visualizamos, luego decidimos si 440 volts. El voltaje de control es de 12 volts y frenamos o viramos, si viramos de corriente directa, que es el voltaje que se determinamos si lo requiere para cada uno de los elementos que hacemos lenta o bruscamente. forman parte en el sistema de control como lo Si nos decidimos por frenar de igual son una serie de tarjetas electrónicas tales manera calculamos que como: tanta presión vamos a imprimirle al freno La TLO > Tarjeta que se encarga de mandar para de esta forma hacerlo lentamente o una señal proveniente del motor a la tarjeta de repente dependiendo de la gravedad sumadora del caso. La REF > Tarjeta que se encarga de Ustedes me preguntarían ¿dónde está la proporcionar la referencias correspondientes potencia? Y ¿dónde está el control en La USAA > Tarjeta que se encarga de realizar este ejemplo? la suma entre la señal de retroalimentación y Pues bien. La potencia está en la señal de referencia. nuestros músculos, en nuestro sistema La CLDA > Tarjeta que se encarga de tomar motriz ya que ellos responden a impulsos la señal de error proporcionada por la tarjeta enviados desde el cerebro por medio del USAA y correr el ángulo de disparo de los sistema nervioso. rectificadores controlados de silicio y así Y el control está formado por múltiples reposicionar la velocidad del motor que se sensores en todo nuestro cuerpo como lo está controlando. son la vista, el tacto, la presión ejercida El sistema de control más sofisticado que en cada una de las partes del cuerpo, existe es el cuerpo humano. Es también el el oído. Todos ellos en conjunto son los sistema de lazo cerrado más complejo, que retroalimentan al cerebro, que si puesto que controla un sin número hacemos una analogía este viene siendo de variables y todas ellas están encaminadas la tarjeta sumadora donde se genera la a comparar la posición deseada con la señal de error. presente. Una vez generada la señal de error, que Simplemente pongámonos a analizar todo lo viene siendo ni más ni menos la que sucede en el acto de manejar un comparación de lo obtenido con lo que se automóvil desea esta pasa al sistema motriz por Al ir por la carretera estamos visualizando lo medio del sistema nervioso como ya lo sinuoso del camino de esta manera en habíamos mencionado anteriormente. 7


FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA. De esta forma convirtiéndose en potencia, que abrimos una puerta, quebramos que es el sentido, dirección o fuerza que le un vidrio o abrimos el cofre. Hasta que estamos aplicando a las partes del cuerpo. suena la sirena o el claxon. Si ponemos como ejemplo el control de velocidad de un motor de corriente INTERFACES. directa Este seria. El tiempo transcurrido La interface es o son los elementos que están desde que el tacómetro detecta un interrelacionados entre lo que es el control y incremento o decremento en la velocidad la potencia. fijada hasta que por medio de una serie Dicho de otra manera es o son los elementos de tarjetas electrónicas esta velocidad que hacen posible que la potencia llegue a la llega a normalizarse exactamente igual a carga cuando se cumplen todas las la velocidad original o sea a la velocidad condiciones en el sistema de control. que estaba anteriormente. Los ejemplos de interfaces pueden ser los Cabe mencionar que este tiempo es del siguientes: orden de nanosegundos o todavía en Un SCR algunos casos más pequeños aun. Un DIAC Esta es una de las principales Un TRIAC características de los sistemas de control Una Fotorresistencia su tiempo de respuesta. Un Fotosensor Entre más breve sea el tiempo de Un Relevador respuesta más eficaz será el sistema de Como lo ven cada uno de estos elementos control y más preciso. hacen posible que por medio de un pequeño Imagínense que el tiempo de respuesta voltaje (control), llegue el voltaje de sea del orden de segundos en un sistema alimentación (potencia), a la carga. O sea que de cazabombarderos de la fuerza aérea. la interface viene siendo el punto de unión Esto sería catastrófico y con muy pocas entre el control y la potencia, que sin este probabilidades por no decir que ninguna sería imposible llevar la potencia a la carga de hacer blanco por medio del control sin esta sería imposible Y por último si ponemos como ejemplo al tener un sistema controlado. sistema de control del cuerpo humano Como ya lo había mencionado este es el TIEMPO DE RESPUESTA. sistema de control más sofisticado y no Es el intervalo de tiempo que existe desde el existe en el mundo otro igual que se le momento mismo del inicio del control hasta el iguale. instante en que se genera la acción. Este es el sistema que más rápido Si ponemos como ejemplo al telescopio. El responde. Es decir tiene un tiempo de tiempo de respuesta seria el tiempo respuesta muy corto. Él más corto que se transcurrido desde que mandamos la señal pueden imaginar. de control para ponerlo en una determinada De hecho muchos sistemas de posición hasta que esto realmente sucede. control están basados en este sistema. Si ponemos como ejemplo a las alarmas de Oscilación. cualquier tipo. El tiempo de respuesta seria el Se le llama así a las variaciones que tiempo que transcurre desde el momento en sufre el sistema hasta que logra pasar del estado deseado al estado actual. 8


FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA. Estas variaciones perjudican al sistema llevándolo de un estado a otro haciéndolo inestable. Pero esto es inevitable. Todos los sistemas de control presentan este fenómeno. No conozco ni siquiera uno que no lo presente. Algunos más algunos menos pero todos en si presentan esta inestabilidad. Lo bueno es lograr reducir esta inestabilidad la cual está en función del tiempo de tal manera que si nosotros reducimos el tiempo de respuesta estaremos contribuyendo a reducir esta inestabilidad.

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FORMACIÓN PARA LA EXCELENCIA. Conclusión. Negativo aquél que realice el campo. En síntesis se tiene que El Potencial Eléctrico Por otra parte, si el trabajo que se realiza en un punto es el trabajo que debe realizar en cualquier trayectoria cerrada es igual a una fuerza eléctrica (ley de Coulomb) para cero, entonces se dice que se está en mover una carga unitaria “q” desde ese punto presencia de un campo eléctrico hasta el infinito, donde el potencial es cero. conservativo. Dicho de otra forma es el trabajo que debe La interrelación correcta implica que los realizar una fuerza externa para traer una distintos elementos tienen que estar carga unitaria “q” desde el infinito hasta el conectados electrónicamente, de modo punto considerado en contra de la fuerza que sus partes metálicas situadas en los eléctrica. terminales de conexión se mantengan en Y que cuando una carga de prueba positiva, contacto para permitir el paso de la la cual se puede utilizar para hacer el mapa corriente. Generalmente, un circuito de un campo eléctrico. Para tal carga de eléctrico está sujeto a una entrada o prueba localizada a una distancia r de una excitación y se producirá una respuesta o carga q. salida a dicha entrada. De manera equivalente, el potencial eléctrico Todos los componentes de un circuito es = Trabajo eléctrico y energía potencial eléctrico exhiben en mayor o menor eléctrica Considérese una carga puntual q en medida una cierta resistencia, capacidad presencia de un campo eléctrico. La carga e inductancia. La unidad de resistencia experimentará una fuerza eléctrica. comúnmente usada es el ohmio, que es Ahora bien, si se pretende mantener la la resistencia de un conductor en el que partícula en equilibrio, o desplazarla a una diferencia de potencial de 1 voltio velocidad constante, se requiere de una produce una corriente de 1 amperio. La fuerza que contrarreste el efecto de la capacidad de un condensador se mide en generada por el campo eléctrico. Esta fuerza faradios: un condensador de 1 faradio deberá tener la misma magnitud que la tiene una diferencia de potencial entre primera. sus placas de 1 voltio cuando éstas Partiendo de la definición clásica de trabajo, presentan una carga de 1 culombio. La en este caso se realizará un trabajo para unidad de inductancia es el henrio. trasladar la carga de un punto a otro. De tal Pues bien con estos pequeños y sencillos forma que al producirse un pequeño conceptos, definiciones y ejemplos. desplazamiento dl se generará un trabajo dW. Espero que les sirva para tener una idea Es importante resaltar que el trabajo será más amplia acerca de lo que es la positivo o negativo dependiendo de cómo se diferencia entre control y potencia realice el desplazamiento en relación con la Resumiendo fuerza. Control es... poco voltaje Teniendo en cuenta que, en el caso de que la Control es... poca corriente fuerza no esté en la dirección del Control es... elementos electrónicos desplazamiento, sólo se debe multiplicar su Control es... poca potencia componente en la dirección del movimiento. Control es... sensores Será considerado trabajo positivo el realizado Control es... por lo general corriente por un agente externo al sistema cargadirecta campo que ocasione un cambio de posición y Control es... cableado de delgado calibre 10


FORMACIĂ“N PARA LA EXCELENCIA. y..... Potencia es... alto voltaje Potencia es... alta corriente Potencia es... elementos elĂŠctricos Potencia es... contactores Potencia es... por lo general corriente alterna Potencia es... cableado de grueso calibre

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LA INGENIERÍA ELÉCTRICA, POTENCIA Y CONTROL  

Se trata de un resumen de lo que a mi criterio y base investigara es la ingeniería eléctrica, potencia y control.

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Se trata de un resumen de lo que a mi criterio y base investigara es la ingeniería eléctrica, potencia y control.

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