TEMA 3: CONCEPTOS DE MECÁNICA PARA MOTORES ELÉCTRICOS

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Motores de ca

Los motores de corriente alterna, son usados en el mundo en muchas aplicaciones para transformar energía eléctrica en energía mecánica. Existen muchos tipos de motores a.c.; pero los más empleados en la industria son los motores de inducción trifásicos, jaula de ardilla.

Un motor a.c. pueden ser parte de una bomba, un ventilador , un mezclador, un transportador u otro tipo de máquina o equipo específico..

Devanadera

Bomba

Transportador

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Motores NEMA.

Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA)NEMA. NEMA desarrolla estándares eléctricos, y por supuesto incluye los motores, en donde incluye el tamaño del frame (marco del motor), existen publicaciones.

Motores IEC.

La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), también es responsable de los estándares eléctricos IEC, que difieren en algunos aspectos de los NEMA, sobre todo en los frames.

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Fuerza y movimiento

Antes de estudiar los motores eléctricos, es necesario que se explique algunos términos que están asociados con la operación de motor, que tienen un contexto más apegado a la mecánica, y por lo tanto cumple con las leyes físicas.

Fuerza.

En términos simples, una fuerza es un empujón o un tirón (pushpull). La fuerza puede ser causada por electromagnetismo, gravedad o una combinación de medios físicos.

Fuerza neta.

La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto, incluidas la fricción y la gravedad.

Cuando las fuerzas se aplican en la misma dirección, se agregan.

Por ejemplo, si se aplican dos fuerzas de 10 libras en la misma dirección, la fuerza neta sería de 20 libras

20 LB

Si se aplican 10 libras de fuerza en una dirección y 5 libras de fuerza en la dirección opuesta, la fuerza neta sería de 5 libras y el objeto se movería en la dirección de la fuerza mayor.

5 LB

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Controles y máquinas eléctricas Electricidad industrial Si se aplican 10 libras de fuerza por igual en ambas direcciones, la fuerza neta sería cero y el objeto no se movería.

10 LB

Torque (par).

10 LB

0

El torque (par) es una fuerza de torsión o giro que hace que un objeto gire. Por ejemplo, una fuerza aplicada al extremo de una palanca provoca un efecto de giro o par en el punto de pivote.

El par (τ) es el producto de la fuerza y el radio (distancia de la palanca).

τ = Fuerza x Radio En el sistema inglés de medidas, el par se mide en libras-pie (lb-ft) o libras-pulgadas (lb-in). Por ejemplo, si se aplican 10 libras de fuerza a una palanca de 1 pie de largo, el par resultante es de 10 lb-ft.

Esfuerzo de torsión.

Fuerza = 10 libras

Torque (t) = 10 lb-ft

1 pie

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Un aumento en la fuerza o el radio da como resultado un aumento correspondiente en el par. Aumentar el radio a dos pies, por ejemplo, da como resultado 20 lb-ft de torque Fuerza = 10 libras

Torque (t) = 20 lb-ft 2 pies

Velocidad.

Un objeto en movimiento tarda en recorrer cualquier distancia. La velocidad es la relaciĂłn de la distancia recorrida y el tiempo que lleva recorrer la distancia. đ?‘‘đ?‘–đ?‘ đ?‘Ąđ?‘Žđ?‘›đ?‘?đ?‘–đ?‘Ž đ?‘‰đ?‘’đ?‘™đ?‘œđ?‘?đ?‘–đ?‘‘đ?‘Žđ?‘‘ = đ?‘Ąđ?‘–đ?‘’đ?‘šđ?‘?đ?‘œ

Velocidad lineal.

La velocidad lineal es la velocidad a la que un objeto viaja una determinada distancia. La velocidad lineal se expresa en unidades de distancia divididas por unidades de tiempo, por ejemplo, millas por hora o metros por segundo (m / s). Por lo tanto, si tarda 2 segundos en recorrer 40 metros, la velocidad es de 20 m / s.

Movimiento lineal

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Velocidad angular (rotacional). La velocidad angular de un objeto giratorio determina cuánto tiempo se necesita para que gire una distancia angular específica. La velocidad angular a menudo se expresa en revoluciones por minuto (rpm). Por ejemplo, un objeto que realiza diez revoluciones completas en un minuto, tiene una velocidad de 10 rpm.

Aceleración.

Un objeto puede cambiar la velocidad. Un aumento en la velocidad se llama aceleración. La aceleración ocurre solo cuando hay un cambio en la fuerza que actúa sobre el objeto. Un objeto también puede cambiar de una velocidad más alta a una menor. Esto se conoce como desaceleración (aceleración negativa). Un objeto giratorio, por ejemplo, puede acelerar de 10 rpm a 20 rpm, o desacelerar de 20 rpm a 10 rpm.

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Controles y mĂĄquinas elĂŠctricas Electricidad industrial Inercia.

Los sistemas mecĂĄnicos estĂĄn sujetos a la ley de inercia. La ley de la inercia establece que un objeto tenderĂĄ a permanecer en su estado actual de reposo o movimiento a menos que una fuerza externa actĂşe sobre ĂŠl. Esta propiedad de resistencia a la aceleraciĂłn / desaceleraciĂłn se conoce como el momento de inercia. La unidad de medida del sistema inglĂŠs para la inercia es la libra-pie al cuadrado (lb-ft2).

Por ejemplo, considere una mĂĄquina que desenrolla un gran rollo de papel. Al inicio el rollo no se mueve, se necesita una fuerza para superar la inercia y comenzar el movimiento en el rollo.Una vez que se mueve, se necesita una fuerza en la direcciĂłn inversa para detener el giro.

Cualquier sistema en movimiento tiene pĂŠrdidas, que drenan energĂ­a del sistema. Sin embargo, la ley de inercia aĂşn es vĂĄlida, porque el sistema permanecerĂĄ en movimiento a velocidad constante si se agrega energĂ­a para compensar las pĂŠrdidas.

FricciĂłn.

La fricciĂłn ocurre cuando los objetos se rozan por el contactanto entre sĂ­. Como todos sabemos, cuando intentamos mover un objeto a travĂŠs de la superficie de otro, la fricciĂłn aumenta la fuerza que debemos aplicar, para moverlo.

La fricciĂłn es una de las causas mĂĄs importantes de pĂŠrdida de energĂ­a en una mĂĄquina.

Trabajo.

Cada vez que una fuerza provoca movimiento, se realiza trabajo (energĂ­a). El trabajo se puede calcular simplemente multiplicando la fuerza que causa el movimiento por la distancia a la que se aplica la fuerza. đ?‘ťđ?’“đ?’‚đ?’ƒđ?’‚đ?’‹đ?’? = đ?‘­đ?’–đ?’†đ?’“đ?’›đ?’‚ đ?’™ đ?‘Ťđ?’Šđ?’”đ?’•đ?’‚đ?’?đ?’„đ?’Šđ?’‚ Como el trabajo es el producto de la fuerza multiplicada por la distancia aplicada. Por ejemplo, en fĂ­sica, el trabajo se expresa comĂşnmente en julios. 1 joule es igual a 1 newton-metro, una fuerza de 1 newton para una distancia de 1 metro. En el sistema inglĂŠs de medidas, el trabajo a menudo se expresa en pies-libras (ft-lb), donde 1 pie-lb equivale a 1 pie por 1 libra.

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Controles y mĂĄquinas elĂŠctricas Electricidad industrial Potencia

Otra cantidad de uso frecuente es la potencia; que es la tasa de trabajo o la cantidad de trabajo realizado en un perĂ­odo de tiempo.

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Caballo de fuerza. (hp)

La potencia se puede expresar en pies-libras por segundo, pero a menudo se expresa en caballos de fuerza (horse power, hp). Esta unidad fue definida en el siglo XVIII por James Watt. Watt vendiĂł mĂĄquinas de vapor y se le preguntĂł cuĂĄntos caballos reemplazarĂ­a una mĂĄquina de vapor. TenĂ­a caballos caminando alrededor de una rueda que levantarĂ­a un peso. DescubriĂł que un caballo promediarĂ­a alrededor de 550 libraspie de trabajo por segundo. Por lo tanto, una potencia es igual a 550 libras-pie por segundo o 33,000 libras-pie por minuto.

Controles y mĂĄquinas elĂŠctricas Electricidad industrial Al aplicar el concepto de potencia a los motores, es Ăştil determinar la cantidad de potencia para una cantidad dada de par y velocidad. Cuando el torque se expresa en lb-ft y la velocidad angular se expresa en rpm, la siguiente fĂłrmula se puede usar para calcular los caballos de fuerza (hp).

Tenga en cuenta que un aumento en el par, la velocidad o ambos aumentan la potencia.

đ?‘ƒđ?‘œđ?‘Ąđ?‘’đ?‘›đ?‘?đ?‘–đ?‘Ž đ?‘’đ?‘› â„Žđ?‘? = đ?‘‡đ?‘œđ?‘&#x;đ?‘žđ?‘˘đ?‘’ đ?‘’đ?‘› đ?‘™đ?‘?−đ?‘“đ?‘Ą đ?‘Ľ đ?‘‰đ?‘’đ?‘™đ?‘œđ?‘?đ?‘–đ?‘‘đ?‘Žđ?‘‘ đ?‘Žđ?‘›đ?‘”đ?‘˘đ?‘™đ?‘Žđ?‘&#x; đ?‘’đ?‘› đ?‘&#x;đ?‘?đ?‘š 5252

Caballos de fuerza y kilovatios. Los motores de CA fabricados en los Estados Unidos son generalmente clasificados en caballos de fuerza, pero los motores fabricados en muchos otros paĂ­ses generalmente estĂĄn clasificados en kilovatios (kW). Afortunadamente, es fĂĄcil de convertir entre estas unidades.

đ?‘ƒđ?‘œđ?‘Ąđ?‘’đ?‘›đ?‘?đ?‘–đ?‘Ž đ?‘’đ?‘› đ?‘˜đ?‘¤ = 0.746 đ?‘Ľ đ?‘?đ?‘œđ?‘Ąđ?‘’đ?‘›đ?‘?đ?‘–đ?‘Ž đ?‘’đ?‘› â„Žđ?‘?

Por ejemplo, un motor de 25 hp es equivalente a un motor de 18.65 kw.

18.65 đ?‘˜đ?‘¤ = 0.746 đ?‘Ľ 25 â„Žđ?‘?

Los kilovatios se pueden convertir a potencia con la siguiente fĂłrmula

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Construcción de un motor de c.a.

Los motores de inducción trifásicos, son empleados comúnmente en aplicaciones industriales. Tiene tres partes principales; rotor, estator y carcasa. El rotor y estator realizan el trabajo, la carcasa los protege. carcasa ssa

estator

Rotor

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Núcleo del estator

El estator es la parte estacionaria del circuito electromagnético del motor. El núcleo del estator está formado por muchas láminas metálicas delgadas, llamadas laminaciones. Las laminaciones se usan para reducir las pérdidas de energía que resultarían si se usara un núcleo

Laminación del estator