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  • 1. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)1INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS(LABORATORIO)PRACTICA N° 1:“TRANSFORMADORES”GRUPO:4MV5INGENIERIA MECANICAALUMNOS:PUGA HERNANDEZ ERWIN MIGUEL.RODRIGUEZ GONZALEZ DANIEL.VILLASEÑOR SANCHEZ JUAN EDUARDO.7-MARZO-2013
  • 2. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)2INDICE1.-MARCO TEORICO.Objetivo de Practica.Desarrollo en cada una de las 3 sesiones de la práctica.2.-INTRODUCCION.El Transformador (Componentes y Fundamentos de Operación).Pruebas Eléctricas en Transformadores (Laboratorio).3.-DESARROLLO.1era. Sesión de Práctica.2da. Sesión de Práctica.3era Sesión de la Práctica.4.-TABLAS Y DIAGRAMAS ELECTRICOS.Diagramas de Transformadores.Tabla de Medición en Pruebas Eléctricas.5.-FOTOS Y DIAGRAMAS FISICOS.6.-CONCLUSIONES INDIVIDUALES.7.-CONCLUSION GRUPAL.8.-BIBLIOGRAFIA.9.-HOJAS DE CAMPO.
  • 3. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)31. MARCO TEORICO.OBJETIVO DE LA PRACTICA:EL OBJETIVO DE ESTA PRÁCTICA ES QUE EL ALUMNO CONOZCA LAS CARACTERÍSTICASPRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR Y QUE COMPRUEBE EXPERIMENTALMENTE LOSFUNDAMENTOS DE OPERACIÓN.REALIZANDO UN CONJUNTO DE ENSAYOS EXPERIMENTALES OBSERVANDO ELCOMPORTAMIENTO DEL TRANSFORMADOR EN DIFERENTES TIPOS DE PRUEBASELECTRICAS.DETERMINANDO LO SIGUIENTE:a) TIPOS DE TRANSFORMADORES Y SU CLASIFICACIONb) DEVANADOS Y MEDICION DE SU RESISTENCIA DE AISLAMIENTO.c) EL TRANSFOMADOR TRABAJANDO EN VACIO.d) DETERMINACION DE LA RELACION DE TRANSFORMACION.e) PRUEBA DEL TRANSFORMADOR EN CORTO CIRCUITO.PARA ELLO LA PRÁCTICA SE HA DIVIDIDO EN 3 SESIONES. EN LA PRIMERA SESION EL ALUMNO DEBERÁ CONOCER LOS TIPOS DETRANSFORMADORES ASI COMO SUS PARTES Y CARACTERÍSTICAS DE CADA UNO DEELLOS REPRESENTANDOLOS ESQUEMÁTICAMENTE. EN LA SEGUNDA SESION DE LA PRÁCTICA SE IDENTIFICARAN Y CLASIFICARAN LOSDEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR Y SE MEDIRA LARESISTENCIA REALIZANDO PUENTES DE CONEXIÓN ENTRE DEVANADO YDEVANADO COMPARANDO VALORES. EN LA TERCERA SESION DE LA PRACTICA SE REALIZARON LOS ULTIMOS 3 ENSAYOSDEL TIPO ELECTRICO PARA PONER A PRUEBA LOS TRANSFORMADORESDETERMIANDO LA RELACION DE TRANSFORMACION EN SUS DEVANADOS,PONIENDO A PRUEBA AL TRANSFORMADOR EN VACIO Y EN CORTO CIRCUITO.
  • 4. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)42. INTRODUCCION:CONSIDERACIONES TEORICAS GENERALESEL TRANSFORMADOR:El transformador constituye la parte principal de una subestación eléctrica, es quizás unade las máquinas eléctricas de mayor utilidad que jamás se hayan inventado, nos permiteaumentar o disminuir la tensión eléctrica en un sistema de corriente alterna, puede aíslanun circuito entre sí.Además de que nos permite el transporte y distribución de la energía eléctrica desde lasplantas de generación hasta las industrias y casas habitación, de una manera segura; porlo que resulta importante conocer su definición, principio de funcionamiento y operacióndel mismo.DEFINICION FUNDAMENTAL DE UN TRANSFORMADOR:Para Chapman,“Un transformador es un dispositivo que cambia potencia eléctrica alternade un nivel de voltaje a potencia eléctrica alterna a otro voltaje mediante la acción de uncampo magnético”.Según EnriquezHarper, “El transformador es un dispositivo que transfiere energía eléctricade un circuito a otro conservando la frecuencia constante, lo hace bajo el principio deinducción electromagnética, tiene circuitos eléctricos que están eslabonadosmagnéticamente y aislados eléctricamente, usualmente lo hace con un cambio de voltaje,aunque esto no es necesario”.El Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónicadefine al transformador como:“Un dispositivo eléctrico consistente de uno, dos, o más devanados, con o sin núcleomagnético y con acoplamiento magnético entre los circuitos eléctricos. Lostransformadores son ampliamente utilizados sistemas eléctricos de potencia paratransferir energía por inducción electromagnética entre circuitos que tienen la mismafrecuencia y usualmente con cambios en los valores de voltaje y corriente”.
  • 5. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)5EQUIPOS Y MAQUINARIA UTILIZADOS:DUROMETRO BRINELLPara los ensayos Rockwell se usa el escleroscopio HP-250 marca del cual se muestra su aspecto generalen la siguiente figura. Este aparato sirve para la medición tanto de dureza Rockwell como Brinell yVickers. Aplica cargas hasta de 250 kgf.Posee incorporado un sistema de medición de la profundidad de penetración, el cual muestra la durezaRockwell obtenida durante el ensayo.Máquina de dureza Rockwell (Analógico y Digital)DUROMETRO ROCWELL ANALOGICO (ESCALA)NUMEROS ROJOS ∅NUMEROS NEGROS 120°NUMEROS VERDES ROCWELL SUPERFICIAL
  • 6. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)63. DESARROLLO.ENSAYO DUREZA ROCKWELL:La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un método para determinar la dureza, esdecir, la resistencia de un material a ser penetrado.El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a quees muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizardiferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores ycargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación. Hay dos tipos depenetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½pulg, y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º +/- 30 y vértice redondeadoformando un casquete esférico de radio 0,20 mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales másduros.El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se leaplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación elástica y obtenerun resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo quevaría desde 60 a 150 kgf a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell seobtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, el cual varía de forma proporcional conel tipo de material que se utilice. También se puede encontrar la profundidad de la penetracióncon los valores obtenidos del durómetro si se conoce el material.Para no cometer errores muy grandes el espesor de la probeta del material en cuestión debe ser almenos diez veces la profundidad de la huella. También decir que los valores por debajo de 20 ypor encima de 100 normalmente son muy imprecisos y debería hacerse un cambio de escala.El cambio de escala viene definido por tablas orientativas, puesto que no es lo mismo analizarcobre que acero. Estas tablas proporcionan información orientativa sobre qué escala usar para nodañar la máquina o el penetrador, que suele ser muy caro.
  • 7. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)7FÓRMULA APLICADAPara determinar la dureza Rockwell se utilizan dos tipos de indentadores: el cónico-esferoidal dediamante y el de bola (acero o carbono de tungsteno) de varios diámetrosEntre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente dependencia:Para el cono de diamanteHR = 100 -Para las bolas de aceroHR = 130 -De estas fórmulas se deduce que cada unidad de dureza Rockwell corresponde a una penetraciónde 0,002 mm y que el valor de dichas unidades debe ser restado de cierto “tope” para que hayacoherencia: a menor profundidad de penetración mayor será el número de Rockwell y viceversa.En la práctica no hay necesidad de usar estas fórmulas, ya que los indicadores de las máquinas deRockwell de manera automática realizan estas operaciones mostrando directamente el número dedureza en sus diales. Esta característica granjeó para este método una gran popularidad.PROBETA DE ALUMINIO(Al)
  • 8. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)8El estándar define las características geométricas de los indentadores. Para el penetrador cónicoesferoidal se muestran en la figura:Las bolas son similares a las del método Brinell y tienen los siguientes diámetros:∅ 1/16”; ∅ 1/8”; ∅ 1/4”; ∅ 1/2”.Las cargas a aplicar pueden ser:CARGA PREVIA ROCKWELLSUPERFICIAL P0 [kgf]3CARGA PREVIAROCWELLNORMALP0 [kgf]10CARGA PRINCIPAL P1 [kgf] 50 90 140CARGA TOTAL Pf[kgf] 60 100 150A partir de las combinaciones posibles de distintos indentadores y cargas, el estándar ASTM E18define 15 escalas diferentes de durezas Rockwell. Se muestra la tabla que las define, tomadadirectamente de dicho estándar. En esta tabla se muestra también la aplicabilidad de cada tipo deprueba.
  • 9. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)9Tabla 1. Escalas de dureza RockwellEn la práctica las escalas más difundidas son la B y C.El número de dureza Rockwell se denota como HR seguido de la letra mayúscula de la escala así:64 HRCEsto indica una dureza Rockwell de 64 unidades en la escala C (diamante, carga total 150kgf)Cuando se utiliza una bola como indentador, la designación de la escala es seguida por la letra “S”si es de acero o “W” si es de carburo de tungsteno.ESCALA INDENTADOR CARGATOTALCOLOR DEESCALAAPLICACIONESA Cono diamante 60 Negro Metales duros, superficies templadas, chapa fina (<0,4 mm)D Cono diamante 100 Negro Piezas con superficies templada de dureza media, chapasC Cono diamante 150 Negro Aceros templadosF Bola de ø 1/16” 60 Rojo Aleaciones cobre recocido. Chapa fina metálica (>0,6 mm)B Bola de ø 1/16” 100 Rojo Aceros blandos, de construcción, metales no ferrososG Bola de ø 1/16” 150 Rojo Bronce, cobre-berilio, cobre-níquel, fundición maleableH Bola de ø 1/8” 60 Rojo Aluminio, zinc, plomoE Bola de ø 1/8” 100 Rojo Fundición, aleaciones Al-Mg, metales antifricción osintéticosK Bola de ø 1/8” 150 Rojo Metales antifricción o de dureza muy baja, Ebonita(ASTM D530-59T), Madera laminada (ASTM D 805-52),Materiales sintéticos (ASTM D-785-60T), Otrosmateriales muy blandos o muy finos.L Bola de ø 1/4” 60 RojoM Bola de ø 1/4” 100 RojoP Bola de ø 1/4” 150 RojoR Bola de ø 1/2” 60 RojoS Bola de ø 1/2” 100 RojoV Bola de ø 1/2” 150 Rojo-Escalas de dureza Rockwell (Tomado de ASTM E 18 - 03)Nota: La máquina de nuestro Laboratorio difiere de lo consignado en esta tabla, al estarmarcada en color rojo la escala de aplicación con diamante y en negro la escala de aplicacióncon bolas de acero
  • 10. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)10PROCEDIMIENTO:Para obtener la dureza Rockwell de la superficie de un material se presiona contra la probeta unindentador (cónico-esferoidal o esférico, según el caso) con una carga previa, luego se aplica la cargaprincipal para sostener la carga total durante algún tiempo.Luego de retirada la carga principal y mantenido la previa, se observa en la escala correspondiente altipo de indentador, el valor de la dureza Rockwell, calculado automáticamente por la máquina. En lasmismas condiciones se realizan varias indentaciones más.El esquema de determinación de la dureza según Rockwell se expone en la figura 1Al comienzo el indentador penetra un poco en la superficie de la muestra bajo la acción de la cargaprevia P0,la cual se mantiene hasta el final del ensayo.Esto garantiza una mayor exactitud del ensayo ya que excluye la influencia de las vibraciones y delas irregularidades de la delgada capa superficial. Después se expone la probeta a la acción de lacarga total Pf = P0 + P1, y la profundidad de penetración aumenta.Luego de retirada la carga principal P1, en el sistema probeta-indentador ocurre una recuperaciónelástica, ya que sobre el actúa sólo la carga previa P0, siendo posible la medición de la profundidadde penetración h, la cual determina el número de dureza Rockwell (HR).Figura 1. Esquema de medición de la dureza Rockwell
  • 11. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)11REALIZACION DEL ENSAYO:Como el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y monitor, sólo sedarán aquí algunas recomendaciones adicionales.1. Se selecciona el tipo de ensayo según la tabla de escalas de dureza Rockwell. Lascondiciones específicas para las durezas HRC y HRB se muestran en la siguiente tabla.INDENTADOR CARGAPF[KGF]ESCALA LÍMITESHRB Bola 1/16” 100 negra 25...100HRC Diamante 150 roja 20...672. Las mediciones se realizarán así para cada probeta:Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro →HRBProbeta de acero AISI O1 templada en aceite →HRCProbeta de acero AISI O1 templada en agua. →HRCSe debe tener especial cuidado en que la mediciones de dureza muestren resultadosdentro de los límites permitidos, de no ser así se debe echar mano de otra escala u otrométodo de medición de dureza.3. Cada vez que se realice cambio de indentador la primera impronta obtenida no serátenida en cuenta, esto para permitir el asentamiento del sistema indentador, montura yporta indentador.4. Se realizarán entre 5 y 10 indentaciones por probeta, teniendo en cuenta que laseparación del borde de la probeta y de una huella al borde de la otra debe ser mayor a2,5 veces el diámetro de la huella.
  • 12. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)124. RESULTADOS FINALES (TABLAS).ENSAYO PRACTICO DUREZA ROCKWELL (LABORATORIO):PROBETA ACERO (DUROMETRO DIGITAL)ESCALA PENETRADOR CARGAMENOR (Kg)CARGAMAYOR (Kg)CARGATOTAL (kg)VALOR DE EA CONO DEDIAMANTE120°10 50 60 100PRUEBA VALORES1 35.2 /15T2 36.6/15T3 34/15T
  • 13. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)13PROBETA ALUMINIO (DUROMETRO ANALOGICO)ESCALA PENETRADOR CARGAMENOR (Kg)CARGAMAYOR (Kg)CARGATOTAL (kg)VALOR DE EA CONO DEDIAMANTE120°10 50 60 130PRUEBA VALORES1 192 21.53 22
  • 14. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)144.-BIBLIOGRAFIA.ASKELAND, Donal R., “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, ThomsonEditores. México, 1998.FERDINAND P.Beer y otros, “Mecánica de Materiales”, 5a. Ed. McGraw - Hill,México, 2010HIBBELER Russell C., “, “Mecánica de Materiales”, 8a. Ed. Pearson, México, 2010
  • 15. I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ESIME CULHUACAN”MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)15