Fuerza electrica

Fuerza eléctrica

Subestaciones.
Una subestación eléctrica es una instalación destinada a modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, con el fin de facilitar el transporte y distribución de la energía eléctrica. Su equipo principal es el transformador.

Como norma general, podemos hablar de dos tipos.

Lassubestaciones eléctricas elevadoras, situadas en las inmediaciones de las centrales generadoras de energía eléctrica, cuya función es elevar el nivel de tensión, hasta 132, 220 o incluso 400 KV, antes de entregar la energía a la red de transporte
Las subestaciones eléctricas reductoras, reducen el nivel de tensión hasta valores que oscilan, habitualmente entre 13,2, 15, 20, 45 ó 66 KV y entregan la energía a la red de distribución. Posteriormente, los centros de transformación, reducen los niveles de tensión hasta valores comerciales (baja tensión) aptos para el consumo doméstico e industrial, típicamente 400 V

La razón técnica que explica por qué el transporte y la distribución en energía eléctrica se realizan a tensiones elevadas, y en consecuencia, por qué son necesarias las subestaciones eléctricas es la siguiente:
Las pérdidas de potencia que se producen en un conductor por el que circula una corriente eléctrica, debido al efecto joule, son directamente proporcionales al valor de esta (𝑃=𝐼2∗𝑅).
La potencia eléctrica transportada en una red es directamente proporcional al valor de su tensión y al de su intensidad (𝑃=𝑉∗𝐼).
Por tanto, cuanto mayor sea el valor de la tensión, menor deberá ser el de intensidad para transmitir la misma potencia y, en consecuencia, menores serán las pérdidas por efecto Joule.

Esquema general de una subestación.

Diagrama esquematizado del Sistema de suministro eléctrico

Transformadores
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, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

Transformadores
Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

Tipos de transformadores
Según sus aplicaciones:
Transformador elevador/reductor de tensión
Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule. Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones para adaptarlas a las de utilización.
Transformadores elevadores
Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de transformación de estos transformadores es menor a uno.

Transformadores variables
También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.
Transformador de aislamiento
Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que consigue una alimentación o señal "flotante". Se utiliza principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones flotantes entre sí.
Transformador de alimentación
Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el transformador.

transformador de pulsos
Es un tipo especial de transformador con respuesta muy rápida (baja autoinducción) destinado a funcionar en régimen de pulsos y además de muy versátil utilidad en cuanto al control de tensión 220 V.
Transformador de línea.
En un caso particular de transformador de pulsos. Se emplea en los televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Suelen ser pequeños y económicos. Además suele proporcionar otras tensiones para el tubo (foco, filamento, etc.). Además de poseer una respuesta en frecuencia más alta que muchos transformadores, tiene la característica de mantener diferentes niveles de potencia de salida debido a sus diferentes arreglos entre sus bobinados secundarios.

Según su construcción
Autotransformador
El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y el secundario.
Transformador con núcleo toroidal
El núcleo consiste en un anillo, normalmente de compuestos artificiales de ferrita, sobre el que se bobinan el primario y el secundario. Son más voluminosos, pero el flujo magnético queda confinado en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault

Según su construcción
Transformador de grano orientado
El núcleo está formado por una chapa de hierro de grano orientado, enrollada sobre sí misma, siempre en el mismo sentido, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Presenta pérdidas muy reducidas pero es caro. La chapa de hierro de grano orientado puede ser también utilizada en transformadores orientados (chapa en E), reduciendo sus pérdidas.

Transformador de núcleo de aire
En aplicaciones de alta frecuencia se emplean bobinados sobre un carrete sin núcleo o con un pequeño cilindro de ferritaque se introduce más o menos en el carrete, para ajustar su inductancia.
Transformador de núcleo envolvente
Están provistos de núcleos de ferrita divididos en dos mitades que, como una concha, envuelven los bobinados. Evitan los flujos de dispersión

Distribución de a corriente eléctrica

Diagramas unifilares
Los diagramas unifilares representan todas las partes que componen a un sistema de potencia de modo gráfico, completo, tomando en cuenta las conexiones que hay entre ellos, para lograr así la forma una visualización completa del sistema de la forma más sencilla. Ya que un sistema trifásico balanceado siempre se resuelve como un circuito equivalente monofásico, o por fase, compuesto de una de las tres líneas y un neutro de retorno, es rara vez necesario mostrar más de una fase y el neutro de retorno cuando se dibuja un diagrama del circuito. Muchas veces el diagrama se simplifica aún más al omitir el neutro del circuito e indicar las partes que lo componen mediante símbolos estándar en lugar de sus circuitos equivalentes. No se muestran los parámetros del circuito, y las líneas de trasmisión se representan por una sola línea entre dos terminales. A este diagrama simplificado de un sistema eléctrico se te llama diagrama unifilar o de una línea. Éste indica, por una sola línea y por símbolos estándar, cómo se conectan las líneas de transmisión con los aparatos asociados de un sistema eléctrico.

El propósito de un diagrama unifilar es el de suministrar en forma concisa información significativa acerca del sistema.

Diagrama Unifilar de un sistema eléctrico de Potencia

Diagramas de impedancia y reactancia

Balanceo de cargas
El balanceo de cargas es el acomodo de las cargas de una instalación eléctrica según el numero de fases con la que esta misma cuente, y se acomoda cada carga en una fase, según le corresponda.

Sistemas de alumbrado
MÉTODOS DE ILUMINACIÓN
1.- ILUMINACIÓN LOCAL.
Consiste en colocar lámparas en los puntos donde se necesita la luz de un modo especial, aunque este método por dar lugar a manchas de luz mezcladas con áreas de sombra es muy opuesto a la iluminación uniforme. Si se usan aún con alguna profusión en residencias, plantas industriales, etc. La situación de las lámparas depende mucho de la posición de los muebles o máquinas.
2.- ILUMINACIÓN GENERAL.
Este método se refuerza por alcanzar una función uniforme de la luz sobre toda el área iluminada. Las lámparas están repartidas de manera regular sin prestar atención a los muebles ni a las máquinas y están provistas de reflectores, globos o prismas difusores para evitar el deslumbramiento, las sombras bruscas y la iluminación desigual.

3.- ILUMINACIÓN COMBINADA.
Procura una iluminación general suficiente para alumbrar los distintos objetos que están en las habitaciones y cuentan con lámparas adicionales localizadas en los escritorios, mesas de lectura, de dibujo, vitrinas, etc. Se emplean en viviendas, industrias, bancos, oficinas, restaurantes, grandes almacenes y bibliotecas, donde se requiere una fuerte iluminación agregada a la iluminación general sobre objetos especiales, aparatos o mercancías.
El marcado incremento que se ha dado a la intensidad general de la iluminación con distribución uniforme ha reducido sin embargo en un grado apreciable la necesidad de los focos individuales.
TIPOS DE LÁMPARAS
1.- LÁMPARAS FLUORESCENTES.
Mayor duración.
Menor consumo de energía.
Producen menos calor.
No producen deslumbramiento excesivo.
Variedad en colores.
Medidas estándar.
45, 60, 120 cm. Y de ancho son 30, 60 cm.

Pueden encontrarse de cualquiera de las siguientes formas de instalación:
Sobrepuestas.
Empotradas.
Colgantes.
Montadas sobre estructura.
Adosadas o sobrepuestas en los muros.
Las lámparas fluorescentes requieren un voltaje y tensión adecuada así como un precalentamiento. Hay lámparas de encendido rápido aunque requieren de 5 segundos para encender.
2.- LÁMPARAS INCANDESCENTES.
Tienen menor duración de vida.
Producen deslumbramiento si no se colocan en lugares adecuados.
Variedad en tamaños, formas, y sistemas de conexión.
Se identifican por los octavos en pulgadas.

Arreglos de cuartos de control de motores
El centro de control de motores es un tablero donde se encuentran todos los sistemas de arranque de los motores de un proceso industrial; es un tablero dividido en muchas puertas, en cada puerta se coloca un sistema de rieles extraíbles y allí se instala en el sistema arrancador que puede ser estrella triangulo, por autotransformador de arranque compensado, arranque directo, o variadores de frecuencia.

Un centro de control de motores consiste en un gabinete metálico (tablero Eléctrico) que contiene muchos nichos individuales, con puertas individuales. En cada nicho se instala un sistema de rieles y en la puerta (individual de cada nicho) se instalan los pulsadores de marcha, parada, contramarcha, regulación de velocidad y entrada del PLC. Dentro del nicho Sobre una plataforma extraíble, se instalan contactores, variadores, etc. Desde el centro de control de motores tu controlas todos los motores de tu maquina es decir de allí parte el cable que alimenta cada motor de tu máquina.

El sistema de rieles está normalizado y en caso de falla en un subtablero, fácilmente lo puedo retirar pues tiene un sistema de montaje eléctrico enchufable. En cuanto a la elección, depende de tu maquina, si necesitas arranque estrella delta o arranque directo, marcha simple o marcha y contramarcha, o variación de velocidad o entrada por PLC (programador).

ARRANCADORES
Son necesarios los arrancadores para limitar la corriente de armadura que fluye cuando el motor se conecta.
El arrancador se usa para llevar al motor a su velocidad normal y luego se retira del circuito. El aparato de control ajusta entonces la velocidad del motor según sea necesario

CLASIFICACION
Los arrancadores y controles se han diseñado para satisfacer las necesidades de las numerosas clases de motores de c-c. Por ejemplo, para arrancar los motores de c-c pequeños pueden disponer de un interruptor de línea relativamente sencillo en tanto que los motores de c-c grandes requieren instalaciones más complicadas.

Se encontrará que los arrancadores y controles se clasifican:
· Por la forma en que funcionan: manual o automática.
· Por la forma en que están construidos: de placa o de tambor.
· Por el tipo de cubierta: abierta o protegida.
Además, los arrancadores y controles se clasifican según el número de terminales con que se conectan al motor:

Arrancadores de contacto doble, triple y cuádruple.

ARRANQUE A VOLTAJE REDUCIDO CON AUTOTRANSFORMADOR
Se pueden poner en marcha los motores trifásicos comerciales de inducción de jaula de ardilla a voltaje reducido empleando un autotransformador trifásico único o compensador, o bien con tres autotransformadores monofásicos como se muestra en la figura (a).
La figura (a) es un diagrama que representa un tipo comercial. El esquema no incluye los relevadores, la protección de bajo voltaje ni los contactos que tienen normalmente los arrancadores manuales. El interruptor de tres polos doble tiro se lleva a la posición “arranque” y se deja allí hasta que el motor ha acelerado la carga casi hasta la velocidad nominal. A continuación se pasa rápidamente a la posición de “marcha”, en la cual queda conectado el motor en la línea directamente.

Ya que el compensador se usa solo en forma intermitente, se tiene un ahorro (eliminación de un transformador) si se usan dos transformadores en delta abierta, o V-V , como se muestra en la figura (b), produce un pequeño desbalanceo de la corriente en la toma central pero no afecta al funcionamiento del motor.

ARRANQUE EN ESTRELLA DELTA
La mayor parte de los motores polifásicos comerciales de inducción con jaula de ardilla se devanan con sus estatores conectados en delta. Hay fabricantes que ofrecen motores de inducción con el principio y el final de cada devanado de fase en forma saliente, con fines de conexión externa. En el caso de los motores trifásicos, se pueden conectar a la línea ya sea en estrella o en delta. Cuando se conectan en estrella, el voltaje que se imprime al devanado es o sea el 57,8% del voltaje de línea.

SELECCIÓN DEL VOLTAJE DE MOTORES SEGÚN SU POTENCIA
Al diseñar un sistema mecánico, a menudo hay que tener en cuenta no solo cuanto trabajo ha de ejecutarse, sino también la rapidez con que debe de hacerse, la misma cantidad se realiza al levantar un cuerpo a determinada altura, tanto si tardamos en ello 1 segundo o un año, pero la rapidez con que se efectúa es muy diferente en ambos casos.

Definimos potencia, como la rapidez con que se lleva a cabo un trabajo, por lo que es necesario definir, en la aplicación de un motor la potencia que se le va a demandar.
Huelga decir, que en el caso de los motores eléctricos para determinar su
Potencia utilizamos la siguiente fórmula:

Donde:
P = Potencia
#F = Número de fases
E = Tensión
I = Corriente
F.P. = Factor de potencia
La caída de voltaje causa diferentes problemas, una reducción controlada en las terminales del motor puede ser beneficiosa cuando se usa para reducir los kVA de arranque de un motor en aplicaciones donde el torque reducido del motor es aceptable.
Reducir los kVA de arranque del motor puede reducir el tamaño del generador, reducir la caída de voltaje y dar un arranque mas suave a las cargas de motor, sin embargo, es necesario asegurarse de que el motor desarrollara suficiente torque para acelerar la carga en condiciones de voltaje reducido.

Si aumentas el voltaje a un motor eléctrico este se acelera consumiendo más corriente , por lo tanto la potencia que disipa la carga aumenta. En general el motor empieza a consumir más potencia hasta que llega a un punto en que la potencia entrante iguala a la de la carga.
En general al aumentar el voltaje el rendimiento mejora, ya que la potencia mecánica generada compensa las pérdidas. De hecho los motores grandes que funcionan a grandes voltajes son más eficientes que los pequeños que funcionan a menos.

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Fuerza electrica

by Gresiq on Jun 07, 2011

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