7. Manual Fundamentos Eléctricos

© Antonio Fernández Rastrollo 1



1. CONOCIMIENTOS BÁSICOS:

1.1. La electricidad:

Todos los cuerpos están formados por elementos químicos o sustancias elementales, y cada uno de ellos está constituido por partículas elementales llamadas átomos. Cada átomo tiene un núcleo central cargado de protones, partículas de carácter positivo y a su alrededor giran a gran velocidad los electrones, que son partículas de carácter negativo. Cuando el numero de protones (+) del núcleo, es igual al número de electrones (-) que orbitan alrededor del núcleo el átomo es neutro.

Los electrones giran organizados en órbitas distintas alrededor del núcleo central en una

estructura orbital que recuerda un poco al sistema solar, la configuración de esta estructura orbital, determina como veremos mas adelante el comportamiento eléctrico del material del que forma parte el átomo.

En los metales, los electrones de la última órbita pueden abandonar el átomo cuando se

produzca un aumento de su energía interna dando lugar a la formación de un ión positivo que es un átomo cargado positivamente, al poseer más protones que electrones.

Cuando se produce un desplazamiento ordenado de electrones en un determinado sentido

se produce el fenómeno conocido por el nombre de corriente eléctrica. La causa que produce este desplazamiento se llama tensión eléctrica. Los circuitos eléctricos se comportan de forma

muy parecida a los circuitos hidráulicos, y constantes de funcionamiento son similares al circuito que aparece en la figura:

Deposito 2Deposito 1

valvula

bomba

DDN

Deposito 2Deposito 1

valvula

bomba

DDN

Símil hidráulico de la corriente eléctrica

Cuando abramos la válvula, en virtud de la diferencia de nivel de los depósitos 1 y 2, el agua

que hay en el primer depósito descargara sobre el segundo tanto más rápido cuanto mayor sea la diferencia de nivel (DDN) entre ambos depósitos, cuando el nivel del agua contenida en el deposito 1 se nivele con el agua contenida en el deposito 2 la circulación de agua cesará, si deseamos mantener constante la corriente de agua, será necesario hacer funcionar la bomba para mantener constante la DDN, en esas condiciones la corriente de agua será constante.

En un circuito eléctrico sucede lo mismo que en un circuito hidráulico, el generador tiene la

misión de mantener constante la diferencia de potencial entre los bornes A y B del generador (o diferencia de nivel en el circuito hidráulico), cuando cerremos el interruptor I en el circuito eléctrico los electrones circularan por diferencia de potencial eléctrico hacia el receptor R, manteniéndose


este flujo de electrones mientras que el generador sea capaz de mantener la D.D.P. (diferencia de potencial). En estas condiciones podemos establecer las tres magnitudes que intervienen en todo circuito eléctrico:

Circuito eléctrico

D.D.P.: es la diferencia de potencial entre un borne y otro del generador, se le conoce

también con el nombre de tensión eléctrica y se mide en voltios (V). Intensidad de corriente eléctrica: es la cantidad de electrones que pasan por un punto de

un circuito y se mide en Amperios (A). Resistencia del circuito: es la oposición que presenta todo circuito eléctrico a ser

atravesado por una corriente de electrones, la resistencia que presenta un circuito eléctrico depende de las características físicas de los materiales conductores y se mide en ohmios (Ω).

1.2. La ley de Ohm: Jorge Simón Ohm, fue un científico alemán que descubrió, la relación que existe entre las

tres magnitudes fundamentales de todo circuito eléctrico, la tensión, la intensidad de corriente y la resistencia eléctrica, el enunciado de esta ley dice lo siguiente:

En todo circuito eléctrico que presente una resistencia eléctrica R = 1 Ω, y que este

sometido a una tensión U = 1 V., se establecerá una intensidad de corriente I = 1 A. Esto equivale a decir que en todo circuito eléctrico, la tensión (U), es igual al producto de la intensidad ( I ) por la resistencia (R), de esta ecuación principal se derivan las otras dos que aparecen a continuación:

L E Y D E O H M

Formulas Símbolos Comentarios

IR=U U Tensión o diferencia de potencial, se mide en voltios (V), y sus

unidades derivadas son: kV (1.000 v.) y mV (0,001 v).

R

U=I I

Intensidad de corriente y de mide en Amperios (A), y sus unidades derivadas son: kA (1000 A.) y mA (milésima de Amperio.)

I

U=R R

Resistencia eléctrica, se mide en ohmios (Ω), sus unidades derivadas son M Ω (10 6 Ω), K Ω ( 10 3 Ω ) y m Ω (10 - 3 Ω)

Receptor

Generador

Interruptor

(I) Intensidad

A

B

DDP


1.3. La resistencia eléctrica: La resistencia eléctrica, se define como la oposición que presenta un conductor a ser

recorrido por una corriente eléctrica. Los conductores de un circuito ofrecen una resistencia al paso de los electrones tanto mayor cuanto:

Mayor sea la longitud del conductor.

Menor sea su diámetro.

Si naturaleza del material constituyente del conductor se presta menos al paso de los electrones:

LA RESISTENCIA ELECTRICA (R) SE MIDE EN OHMIOS ()

La resistencia que presenta un conductor de 1 metro de longitud y una sección de 1mm2 se

llama RESISTIVIDAD (), medida a 20ºC de temperatura.

La resistencia (R) de un conductor, medida a 20ºC de temperatura es directamente

proporcional a su longitud (L), a su resistividad () e inversamente proporcional a su sección(S).

SLR

R = Resistencia en Ohmios ()

= Resistividad en Ohmios por metro y mm2 de sección. L = Longitud en metros. S = Sección en mm 2

Definición de los materiales eléctricos desde el punto de vista de la resistencia eléctrica: Conductores: son sustancias que ofrecen muy poca resistencia al paso de la corriente

eléctrica. Los mejores conductores son los metales, los que menos resistencia presentan son la plata, el cobre, el aluminio y el carbón respectivamente. Las disoluciones acuosas en ácidos, bases y sales conducen también la corriente eléctrica, descomponiéndose porque los iones positivos (con defecto de electrones) circulan en distintos sentidos en el seno de la solución acuosa.

Aislantes: son sustancias que prácticamente no conducen la corriente eléctrica,

utilizándose para cortar o aislar el paso de la corriente. Existen aislantes naturales, como el aire seco, aceite mineral puro, lana, seda, goma, laca, papel, mica, etc. o aislantes artificiales, fabricados por polimerización o poli-condensación: poli-cloro-neopreno, polietileno, PVC, etc.

Semiconductores: son sustancias con propiedades intermedias entre aislantes y

conductores y varían su resistividad en función de las condiciones físicas a las que están sometidas (presión temperatura etc.). Por ello se emplean para la fabricación de las termistancias, usadas como elementos sensibles en las sondas exteriores de la regulación de temperatura en sistemas de climatización.

Cuando el objetivo de un circuito eléctrico es producir trabajo, la resistencia es un fenómeno

perjudicial, y por tanto indeseable para su funcionamiento, ya que parte de la energía eléctrica se pierde en el desplazamiento de las cargas eléctricas por transformación de la energía eléctrica en energía calorífica (efecto Joule).

Cuando el objetivo es producir calor se colocan elemento con una resistencia

deliberadamente alta para transformar la energía eléctrica en calor (sistemas de calefacción eléctricos).


En otras ocasiones se modifica la resistencia de un circuito para modificar sus características con el fin de producir algún evento que nos sirva para controlar parámetros de funcionamiento electromecánicos o recibir información del estado de un equipo o una instalación.

Los elementos de regulación y control de los sistemas de climatización, usan elementos cuya

resistencia varia en función de los fenómenos físicos que se produzcan en el equipo, a estos elementos que modifican su resistencia cuando los parámetros físicos sufren variaciones, se les conoce con el nombre de sondas o sensores y son capaces de “leer” estos parámetros físicos produciendo señales eléctricas variables.

Para conocer su funcionamiento, es necesario saber como funcionan los circuitos eléctricos:

1.4. Circuitos eléctricos El esquema de la figura representa un circuito eléctrico elemental. Para que haya circulación

de corriente es necesario que entre los bornes del generador existan conductores sin interrupción. Si se interrumpe el circuito en cualquier punto se dice que el circuito “está abierto” y entonces

no circula (“no pasa”) corriente. El elemento que se utiliza para “abrir” o “cerrar” el circuito es el “interruptor”. Sin el interruptor el circuito es ingobernable, por tanto para que un circuito funciones son necesarios al menos cuatro elementos:

Una fuente de energía, cuya misión es alimentar eléctrica al circuito (la clavija de la figura)

Uno o varios elementos de control (el interruptor)

Los conductores eléctricos (hilos o cables)

Uno o varios receptores (la lámpara)

Circuito eléctrico elemental

1.5. Aparatos de medida: Son los aparatos que sirven para medir las magnitudes que intervienen en un circuito

eléctrico, en la técnica del de aire acondicionado, se usan aparatos para medir tres magnitudes diferentes:

Amperímetro: aparato capaz de medir la intensidad de corriente que atraviesa un circuito

eléctrico, se conecta siempre en serie con el circuito a medir y expresa su medida en Amperios (A), Kiloamperios (kA) o miliamperios (mA)

Interruptor

Lámpara


Voltímetro: aparato capaz de medir la tensión a la que está sometido un circuito eléctrico, se

conecta siempre en paralelo con el circuito a medir y expresa su medida voltios (V), Kilovoltios (kV) o milivoltios (mV).

Circuito de medida con voltímetro y amperímetro

óhmetro: aparato capaz de medir la resistencia que presenta un circuito eléctrico,

se conecta en serie con el tramo del circuito cuya resistencia deseamos medir.

Medición de resistencia interna de un receptor

1.6. Efectos de la corriente eléctrica: El efecto calorífico producido por la corriente eléctrica: Joule descubrió que todo

conductor recorrido por una corriente eléctrica se calienta. Este calentamiento puede ser perjudicial provocando calentamiento en componentes y conductores eléctricos, o puede ser aprovechado en sentido beneficioso, para obtener energía térmica a partir de la energía eléctrica, o viceversa (principio de funcionamiento de algunos equipos de medida y control de temperatura).

La energía térmica producida por la corriente eléctrica, es proporcional a la intensidad que

circula por el conductor eléctrico, según la formula de la ley de Juole:

Q = 0,24 R I2 t

Q: potencia expresado en calorias R: resistencia expresado en ohmios t : tiempo expresado en segundos I: intensidad expresada amperios

Voltímetro

A

V

Batería Receptor

Amperímetro

Receptor Ohmetro


Límite de densidad de corriente: De la ley de Joule se deduce que él, el calor producido por la corriente al circular por un

conductor debe ser evacuado por la superficie de éste. Esta evacuación de calor depende de la superficie expuesta, del aislamiento, etc.

Si la evacuación no es suficiente, el hilo conductor se calentará y puede llegar a fundirse,

dañando el aislamiento eléctrico, con el consiguiente riesgo de incendio. De ahí que el reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (B.T.) limite la máxima intensidad de corriente que puede circular por cada mm2 de sección del conductor.

Esta intensidad por unidad de sección se llama densidad de corriente, en la tabla siguiente

aparecen las máximas intensidades para conductores de cobre.

Máximas intensidades de corriente para conductores de cobre aéreos con protección de goma o plástico. Cuando la línea esté bajo tubo, la máxima intensidad debe tomarse ¾ de

la indicada

mm2 A / mm2 mm2 A / mm2 mm2 A / mm2

0,75 8,0 16 4,5 120 2,00

1,00 8,0 25 3,8 150 1,90

1,50 7,5 35 3,2 185 1,80

2,50 6,9 50 3,0 240 1,70

4,00 6,1 70 2,5 300 1,60

6,00 5,6 95 2,1 400 1,45

10,00 5,1 00 00 500 1,40

1.7. Potencia eléctrica: Se entiende por potencia eléctrica la cantidad de trabajo que es capaz de desarrollar una

máquina eléctrica por unidad de tiempo

P = U.I

P: Potencia eléctrica en Vatios (W) U: Tensión eléctrica en Voltios (V) I: Intensidad de corriente en Amperios (A)

Unidades de potencia eléctrica usadas en la práctica:

Vatio: es la potencia desarrollada por un circuito eléctrico, sometido a una tensión de un

voltio, cuando, la corriente que circula por el mismo es un amperio. Milivatio (mW): es la milésima parte de un vatio, se usa para la medida de potencia en

circuitos electrónicos de control. Kilovatio (kW): es una unidad que equivale a 1000 W, y se usa para la medida de potencia

de motores y otros equipos de potencia. Caballo de Vapor: es una unidad que se usa mucho en los países anglosajones y equivale

a 736 W de potencia.


Observación importante: En climatización, se usan unidades de potencia térmica que se

usan las mismas unidades que la potencia eléctrica, y a la hora de interpretar las características de los equipos puede conducir a errores importantes. La potencia térmica de un equipo se puede medir en kilocalorías/ hora (kcal/h), o en kilovatios térmicos (kW), es: 1 kW = 866 kcal/h, y generalmente se la denomina capacidad de enfriamiento o potencia frigorífica del equipo.

La potencia eléctrica, se mide kW, y en los equipos de aire acondicionado se le suele

llamar potencia absorbida, la relación entre la potencia absorbida, y la potencia frigorífica es el Coeficiente de Eficiencia Energética, que es un dato fundamental para evaluar la calidad y las condiciones de funcionamiento de los equipos de climatización.

Pele

Pter=CEE

CEE: coeficiente de eficiencia energética Pter: Potencia térmica en kW Pelec: Potencia eléctrica en kW

2. LOS CONDENSADORES:

2.1: Principio de funcionamiento:

Cuando a dos superficies metálicas separadas entre sí por un espacio no conductor llamado dieléctrico, se les aplica tensión se produce una acumulación de cargas en ambas placas que en la práctica produce una acumulación de cargas eléctricas funcionando a modo de pequeño depósito de cargas eléctricas. Si una vez cargadas estas placas se conectan ambas a un circuito eléctrico externo se produce una descarga eléctrica sobre dicho circuito

Condensador elemental

La carga máxima del condensador es aquella que puede soportar sin que salte corriente entre sus placas a través del dieléctrico (perforación).

Condensador en carga y descargado

+ + +

_

_ _ _---

- + - +

+

- + -

Dieléctrico

Placas


La carga del condensador Q en culombios es el producto de su capacidad C en faradios por la tensión U en voltios:

Q = C . U

2.2. Unidades de medida de capacidad: La capacidad se mide en faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador que

al cargarlo con 1 culombio aparece entre sus armaduras una d.d.p. de 1 voltio. Se utilizan submúltiplos:

microfaradio (μF) ; 1F = 1.000.000 μF nanofaradio (תF) ; 1μF = 1.000 F picofaradio (pF) ; 1pF = 1.000 nF

2.3 Capacidad de carga: Un condensador no puede ser cargado por encima de sus posibilidades, salvo que

queramos que se produzca la perforación del dieléctrico. Esta carga depende de la tensión aplicada y de su capacidad, y depende de las dimensiones de sus placas, de la separación entre ellas y del tipo de material que haya entre ambas.

Condensador

3. CORRIENTE ALTERNA:

3.1. Generalidades: Según el tipo de fuente que alimente un circuito, nos podemos encontrar con dos tipos de

alimentaciones, y por tanto dos tipo de circuitos: Circuitos de corriente continua: son aquellos que sus magnitudes son constantes, por

ejemplo cuando se conecta una lámpara de una linterna a su batería la tensión es siempre la misma, por tanto su corriente es también la misma (aplicando la ley de Ohm)

Circuitos de alterna: son aquellos circuitos en que sus magnitudes varían constantemente,

por ejemplo la corriente disponible en cualquier sistema normal de distribución de energía eléctrica. En función de cómo sea esta variación se pueden dar diferentes tipos de corriente alterna, dependiendo de la forma de onda: cuadrada, triangular, senoidal etc.

La evolución de tensión generada se puede representar geométricamente mediante el

diagrama vectorial de la corriente alterna, según el cual, el plano formado por la bobina tiene un


movimiento circular representado por el radio de la circunferencia, que va girando desde 0º hasta 360º, y los valores de la tensión son proporcionales al valor del seno correspondiente a cada posición del ángulo φ, tal y como se representa en el diagrama de la figura.

Representación de la tensión senoidal

3.2. Características que define la corriente alterna:

Valor máximo: es el máximo valor alcanzado (Vo).

Valor instantáneo: es el valor alcanzado en cada instante (depende del ángulo de

desplazamiento de la espira)

Ciclo: parte de la curva que representa todos los valores alcanzados por Vo.

Frecuencia: nº de ciclos por segundo.

Valor eficaz: es el valor medido con un aparato de medida, y se define como aquel

valor capaz de producir fenómenos eléctricos de igual magnitud que una tensión continúa del mismo valor.

Por ejemplo: si se conecta una resistencia de valor definido a un circuito de corriente alterna

de 250 Vca (eficaces) y produce 300 kcal/hora, si esta misma resistencia se conectara a una tensión continua de 250 Vcc, produciría también 300 kcal/hora.

Parámetros característicos de la corriente alterna Aplicando la ley Ohm a los valores de la corriente alterna y considerando que la tensión

generada se aplica a una resistencia de valor definido, se llega a la conclusión que a cada valor

φ

Valor máximo (+) Valor instantáneo

Valor eficaz

Ciclo


de la tensión corresponde un valor de la corriente, si ambas evolucionan en el tiempo de igual forma, o sea si la tensión y la corriente alcanzan los valores máximo, mínimo (-) y 0 en el mismo instante se dice que la tensión y la corriente están en fase, lo que significa que se alcanza la máxima potencia instantánea y la máxima potencia eficaz, se dice que la tensión y la corriente están en fase:

P = UI

Cuando la tensión y la corriente alcanzan valores diferentes en el mismo instante por alguna

razón, se dice que la tensión y las corrientes están desfasadas y la potencia alcanzada ya no es la máxima, y el valor de esta dependerá del desfase que haya entre ambas.

Factor de potencia: Los dos parámetros de la corriente eléctrica que se cambian con el

tiempo en un circuito de corriente alterna son la Tensión y la Intensidad, y cuando se multiplican ambos valores se obtiene la potencia del circuito, en corriente continua los valores son estables y no hay modificación de la potencia, pero en corriente alterna pueden presentarse fenómenos que impidan que la tensión y la corriente alcancen estos valores al mismo tiempo, si representamos la evolución de la corriente y de la tensión sobre el mismo eje de coordenadas y no hay perturbaciones en la red veremos que la tensión y la corriente alcanzan los valores máximos y mínimos en el mismo instante, se dice entonces que la corriente y la tensión están en fase, o lo que es lo mismo el circuito de corriente alterna alcanza su máximo valor de corriente.

Cuando ambos valores (tensión y corriente alcanzan los valores máximos, cero y mínimo al

mismo tiempo se dice que la tensión y la corriente están en fase y alcanzan el máximo valor de la potencia

Tensión y corriente en fase Si los dos valores no están en fase ya no es posible alcanzar la máxima potencia y factor de

potencia será inferior a 1, el factor de potencia (o Cos de φ).

Corriente

Potencia resultante

Tensión


Tensión y corriente desfasadas

4. SISTEMAS TRIFASICOS:

4.1. Generalidades: Cuando una bobina gira en el interior de un campo magnético, se genera una tensión que

varia constantemente en función del ángulo formado entre el plano de la bobina y la dirección del campo magnético.

Cuando en un generador se colocan tres bobinas en su estator desfasadas 120º (360º:3), se

generan tensiones en cada bobina desfasadas 120º, tal como aparece en la figura, lo que significa que cuando una bobina este con su máxima tensión, la siguiente estará aproximadamente a un tercio y la tercera a cero. Esto es lo que denomina un sistema trifásico, que en realidad debería de conectarse a la red a través de seis con doctores (dos por bobina), pero para facilitar tanto la construcción del generador como la instalación eléctrica asociada a él (los receptores, se unifica conectando entre si las tres bobinas:

Tensión

Corriente

Desfase U/I

Potencia Resultante

Bobina 1

Bobina 2

Bobina 3

N

S

BOBINA 1 BOBINA 2 BOBINA 3


4.2. Conexiones de las bobinas del generador:

Para conectar las tres bobinas del generador, existen dos posibilidades: Conexión en triangulo, que consiste en unir entre si las punta de las tres bobinas formando

un sistema trifásico de tres conductores que tendría tres fases con la misma tensión en sus puntas.

Conexión en estrella, que consiste en unir tres puntas (una por bobina) en un punto común

llamado neutro, cuya tensión teóricamente es de 0 voltios (cuando el sistema esta equilibrado) formando un sistema trifásico a cuatro conductores con tensiones iguales entre cada dos fases (L1-L2; L1-L3; L2-L3) y tensiones iguales entre cada una de las fases y el neutro fase, este segundo sistema es el sistema utilizado para la distribución de energía eléctrica.

Generador con conexión en triangulo Generador con conexión en estrella De lo dicho se deduce que los circuitos de alimentación de equipos e instalaciones serán

sistemas a con redes de distribución a cuatro hilos tres fases (L1, L2, L3 y N), como las tensiones fase-fase y fase-neutro son diferentes, caben tres posibles formas de conexión a estos circuitos:

Conexión trifásica: el equipo conectado a esta red es de tres conductores, y se conecta cada

fase del equipo a cada una de las fases de la red. Conexión bifásica: el equipo conectado a la red es de dos conductores, y se conecta un

conductor entre cada dos fases del sistema trifásico. Conexión monofásica: el equipo se conecta a la red entre una de las fases y el neutro. La tensión que existe entre fase es mayor que la tensión que existe entre fase y neutro, y su

relación es la siguiente:

UL = UF.√3 Uf = tensión entre fase y neutro UL = tensión entre fases

En el Reglamento de baja tensión (articulo 4 apartado 2, dice que las tensiones nominales

usualmente utilizadas en las distribuciones de corriente alterna serán de 230 Voltios entre fase y neutro, y de 400 voltios entre fases.

Tanto el conductor neutro como el conductor de protección (hilo de tierra) teóricamente

tienen tensión cero.

L 1

L 1 L 2 L 3 L 1 L 2 L 3 N


Relación de tensiones en una línea trifásica a cuatro conductores

Sistema de distribución de varios circuitos monofásicos a partir de una línea trifásica

5. INSTALACIONES ELÉCTRICAS:

5.1. Generalidades: Se entiende por instalación eléctrica, aquel conjunto de elementos que hace posible que la energía eléctrica producida en un centro de producción de energía eléctrica llegue hasta los elementos encargados de transformar la energía eléctrica en otro tipo de energía. El aparato o máquina encargado de transformar la energía eléctrica en otro tipo de energía se llama receptor, en las instalaciones convencionales existen tres tipos de receptores:

Elementos de iluminación, cuyo objetivo o sustituir o mejorar la luz natura, tales como

lámparas, equipos de iluminación, sistemas de iluminación exterior etc.

Elementos destinados al confort, cuyo objetivo es mantener las condiciones climáticas

internas dentro de límites establecidos, tales como calefactores, calderas para calefacción, equipos de aire acondicionado etc.

R

S

T

N

230 Vac 230 Vac 230 Vac

230 Vac

230 Vac

230 Vac

L1

L2 L3

N

400 v

400 v 400 v

230 v 230 v

230 v

0 v


Elementos destinados a realizar algún trabajo mecánico, tales como cierres eléctricos de

puertas, toldos motorizados, extractores de aire, ventiladores etc.

Máquinas que hacen trabajo de diferente índole, tales como ordenadores, cafeteras

eléctricas, fotocopiadoras, frigoríficos, sistemas para producción de agua caliente etc.

5.2. Características del circuito eléctrico de las instalaciones: Los circuitos eléctricos encargados de alimentar de energía eléctrica a cada uno de los elementos que forman parte de una instalación, se caracterizan por una serie de parámetros que definen su comportamiento, y que son muy importantes para saber, si el circuito eléctrico, se está comportando en la forma prevista o no, estos parámetros son: La tensión eléctrica, diferencia de potencial o voltaje es una magnitud física que impulsa a

los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado. Su unidad de medida es el voltio (V)

Resistencia eléctrica, la oposición que encuentra la corriente eléctrica durante su recorrido.

Su valor viene dado en ohmios, se designa con la letra griega omega mayúscula (Ω). También se define como la propiedad de un objeto o sustancia de transformar energía eléctrica en otro tipo de energía de forma irreversible, generalmente calor. Su unidad de medida es el Ohmio (Ω)

Intensidad de corriente, flujo de electrones que circulan por un conductor eléctrico por

unidad de tiempo. Su unidad d medida es el amperio (A) Potencia eléctrica: es la cantidad de trabajo que puede realizar un circuito eléctrico por

unidad de tiempo. Su unidad de medida es el vatio (W), pero en la practica se usa más el kilovatio (kW) = 1.000 W, ya que el vatio, es una unidad muy pequeña.

Energía eléctrica: cantidad de potencia eléctrica desarrollada por unidad de tiempo, se mide

en vatios-hora (W-h), se usa más el kilovatio-hora (kWh). Esta unidad es importante, porque es la unidad que usan las compañías de distribución de energía eléctrica, para facturar periódicamente, la energía eléctrica suministrada.

6. PROTECCIONES ELÉCTRICAS:

6.1. Generalidades: Son dispositivos que se usan para proteger a los circuitos y para impedir que las personas que los usan puedan sufrir accidentes:

6.2. Tipos: Diferencial: Dispositivo eléctrico que debe estar instalado en el cuadro general del local; la función que tiene es desconectar la instalación eléctrica de forma rápida cuando existe una fuga a tierra, con lo que la instalación se desconectará antes de que alguien toque el aparato averiado. En caso de que una persona toque una parte activa, el interruptor diferencial desconectará la instalación en un tiempo lo suficientemente corto como para no provocar daños graves a la persona. Los interruptores diferenciales se caracterizan por tener diferentes sensibilidades, la sensibilidad es el valor que aparece en catálogo y que identifica al modelo, sirve para diferenciar el valor de la corriente a la que se quiere que "salte" el diferencial.


Las diferentes sensibilidades son: Muy alta sensibilidad: 10 mA Alta sensibilidad: 30 mA Sensibilidad normal: 100 y 300 mA Baja sensibilidad: 0.5 y 1 mA En el interruptor diferencial hay un pulsador de prueba que simula un defecto en la instalación y por lo tanto al ser pulsado, la instalación deberá desconectar ya que hace una derivación a tierra. Es recomendable apretar el pulsador periódicamente.

Diferencial bipolar La instalación en el local del interruptor diferencial no sustituye a las otras medidas que hay que tomar para evitar contactos directos o indirectos. Esta protección consiste en hacer pasar los conductores de alimentación por el interior de un transformador de núcleo toroidal. La suma vectorial de las corrientes que circulan por los conductores activos de un circuito en funcionamiento sin defecto es cero. Cuando aparece un defecto esta suma no es cero y se induce una tensión en el secundario, constituido por un arrollamiento situado en el núcleo, que actúa sobre el mecanismo de disparo, desconectando el circuito cuando la corriente derivada a tierra es superior al umbral de funcionamiento del dispositivo diferencial. El relé diferencial debe asegurar la apertura del circuito cuando la intensidad derivada a tierra alcanza un valor superior a la sensibilidad del aparato, y el no disparo para una intensidad menor de la mitad de su sensibilidad. Conviene destacar que los interruptores diferenciales de alta sensibilidad aportan una protección muy eficaz contra incendios, al limitar a potencias muy bajas las eventuales fugas de energía eléctrica por defecto de aislamiento. Fusibles: Son dispositivos de protección de sobreintensidad, abren el circuito cuando la intensidad que lo atraviesa pasa de un determinado valor, como consecuencia de una sobrecarga o un cortocircuito. Generalmente están formados por un cartucho en cuyo interior está el elemento fusible (hilo metálico calibrado) rodeado de algún material que actúa como medio de extinción, el cartucho se aloja en un soporte llamado portafusible que actúa como protector. La fusión del hilo metálico se debe al calor producido en el mismo por efecto de la corriente, de modo que cuando ésta sobrepasa un cierto valor provoca la destrucción del hiló (fusión) y el corte de la corriente. Magnetotérmicos o automáticos: Estos interruptores disponen de protección magneto térmica y de corte bipolar, mientras que en suministros trifásicos el corte es omnipolar. Tienen como misión proteger contra sobrecargas y


cortocircuitos a los conductores que forman los distintos circuitos independientes y, a su vez, a los receptores a ellos conectados. Se instala uno por circuito, la dimensión de su capacidad se fija según la sección y utilidad del mismo. El funcionamiento es el siguiente: El arrollamiento primario es recorrido por la corriente a controlar y el secundario está conectado al bimetal, la intensidad que circula por el primario crea un campo de forma que parte de él tiende a atraer la paleta hacia el núcleo y parte induce en el secundario una corriente que calienta el bimetal.

El magneto térmico tiene dos modos de funcionamiento que dependen del valor de la intensidad del circuito: Desconexiones por sobrecarga (disparo por relé térmico). Desconexiones por cortocircuito (disparo por relé magnético). Todos estos elementos de protección están instalados en el cuadro eléctrico de protección, que general mente está instalado en el local del abonado y recibe alimentación del circuito general de la compañía

6.3. Estructura de la instalación eléctrica: Desde el cuadro de suministro del edificio se alimentan los circuitos de distribución que están conectados con los cuadros generales de cada abonado a través de una protección primaria (de la compañía suministradora), a través del equipos de medida (contador), antes de llegar al cuadro del abonado la línea pasa por un elemento que se llama ICP (Interruptor de Control de Potencia), cuya finalidad es que el abonado no sobrepase la potencia contratada. Ya en cuadro del abonado existirá un IG (interruptor general) del tipo magneto térmico que tiene como misión permitir la desconexión de la alimentación general en caso de avería grave o por que sea necesario hacer trabajos de reparación en el cuadro eléctrico. Detrás de IG vendrá el interruptor diferencial, cuya misión es desconectar la alimentación de sus circuitos asociados cuando se produzca una derivación en algunos de estos circuitos. La normativa actual establece que deberá haber al menos una diferencia por cada cinco circuitos. Finalmente vendrán cada uno de los magneto-térmicos encargados de proteger cada uno de los circuitos del local, y su misión es desconectar el circuito defectuoso dejando operativos el resto de los circuitos.


Ejemplo:

Si se produce un cortocircuito el termo eléctrico del local, el resto de los circuitos seguirán funcionando y este continuará desconectado hasta haber sido subsanado el defecto. En general los circuitos se distribuyen en función del equipo a proteger, así en un local tendrá como mínimo un circuito de alumbrado, un circuito de fuerza para enchufes, un circuito de alumbrado de emergencia, y un circuito por cada uno de los equipos importantes del local (ordenadores, aire acondicionado, termo eléctrico etc.) Todos y cada uno de los circuitos deberán estar dotados con cable de tierra.

Ejemplo de un cuadro de protección


6.4. Cuadro resumen de los elementos de una instalación eléctrica:

Nombre Función Lugar de

instalación comentario

Caja general de protección

Protección general del edifico

Cuarto de contadores

Responsabilidad de la compañía

Cuadro de distribución

Albergar los contadores y todo sus elementos asociados

ICP Impedir sobrepasar la potencia

contratada

Interruptor general

Permite dejar sin corriente el cuado del abonado Cuadro del

abonado (en el local)

Responsabilidad del abonado

Diferencial Dispara por derivación

Interruptores Automáticos

Protegen a cada uno de los circuitos

6.5. Averías en cuadros eléctricos. Las averías en cuadros eléctricos, se dividen en tres grupos:

Averías por cortocircuito: Se producen por conexión directa entre fase y neutro o ente dos

fases. Cuando se produce, el automático dispara de forma instantánea, y cuando se rearma el disparo vuelve a ser instantáneo

Caja general de protección

Cuadro de distribución

ICP

Interruptor general

Automáticos de cada

circuito

Diferencial

Local del abonado

Cuarto de contadores


Averías por sobre corriente: Se producen por conexión de equipos al circuito de mayor

intensidad de la que el automático puede soportar, se puede producir también por recalentamiento de los conductores eléctricos. Su disparo es retardado, y cuando se rearma de nuevo, tarda algún tempo en disparar

Averías por derivación a tierra: Se produce por conexión directa de una fase o un neutro a

tierra, su disparo es instantáneo, como el diferencial protege a varios circuitos es necesario localizar que circuito tiene el defecto, para ello será necesario abrir todos los circuitos parciales rearmar el diferencia, e ir subiendo automático por automático hasta dar con el circuito defectuoso.

Disparo del ICP: Se produce por sobrepasar la potencial imite contratada (verificar potencia

de los equipos y potencia contratada)

6.6. Cuadro de averías por falta de energía eléctrica:

Defecto Causa Acción

No hay corriente en ninguna parte

Falta de suministro de energía eléctrica

Verificar si no es un corte de la compañía

Limitador disparado Verificar potencia de equipos y potencia contratada

IG disparado Cortocircuito en uno de los circuitos

Diferencia disparado Verificar derivaciones en cada circuito

Automático de alumbrado disparado

Cortocircuito o sobrecorriente en un equipos de alumbrado

Apagar todas las luces y encenderlas una a una hasta encontrar el defecto

Otros automáticos disparados

Cortocircuito o sobrecorriente en el circuito

Rearmar y comprobar si es cortocircuito o sobre corriente

6.7. Sistemas de alumbrado: Alumbrado incandescente: Se obtiene haciendo pasar una corriente eléctrica a través de un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes, lo que significa que obtendremos luz y valor. En general los rendimientos de este tipo de lámparas son bajos debido a que la mayor parte de la energía consumida se convierte en calor. Alumbrado de bajo consumo: Son lámparas fluorescentes compactas ahorradoras de energía. Su aplicación fundamental es el uso doméstico, es decir, son las que sustituyen directamente a las bombillas tradicionales. Existen diversos modelos que abarcan desde la lámpara fluorescente compacta con su diseño usual hasta la lámpara compacta con el diseño clásico de la bombilla tradicional. Sus duraciones son muy prolongadas, teniendo lámparas de bajo consumo con 15.000 horas de funcionamiento y un ahorro del 80% ó lámparas de 6.000 horas de funcionamiento y un ahorro del 75%. Existen lámparas de bajo consumo para prácticamente todas las necesidades y aplicaciones domésticas y las diferencias de consumo entre las diversas marcas son insignificantes a lo largo de su vida útil, por lo que las más baratas tienen la mejor relación calidad – precio. Las de tipo electrónico encienden instantáneamente, al igual que las incandescentes, mientras que las fluorescentes compactas tardan un poco en dar su máximo de luz.


Los fluorescentes aportan la iluminación perfecta donde se necesita más luz y donde se requiere que la luz permanezca encendida muchas horas, pero hay que procurar no andar encendiéndolos y apagándolos muchas veces, se acorta su vida y consumen más. Una de sus características fundamentales es que no desprenden calor.

Lámparas de bajo consumo Lámparas Halógenas: La lámpara halógena es una variante de la lámpara incandescente, en la que el vidrio se sustituye por un compuesto de cuarzo, que soporta mucho mejor el calor (lo que permite lámparas de tamaño mucho menor, para potencias altas) y el filamento y los gases se encuentran en equilibrio químico, mejorando el rendimiento del filamento y aumentando su vida útil. La lámpara halógena tiene un rendimiento un poco mejor que la incandescente: 18...22 lm/W y una vida útil más larga: 1.500 horas. Lámparas fluorescentes: Son lámpara de vapor de mercurio a baja presión, utilizada para la iluminación doméstica e industrial. Su gran ventaja frente a otro tipo de lámparas, como las incandescentes, es su eficiencia energética. Está formada por un tubo o bulbo fino de vidrio revestido interiormente con una sustancia que contiene fósforo y otros elementos que emiten luz al recibir una radiación ultravioleta de onda corta. El tubo contiene una pequeña cantidad de vapor de mercurio y un gas inerte, habitualmente argón o neón, sometidos a una presión ligeramente inferior a la presión atmosférica. Asimismo, en los extremos del tubo existen dos filamentos hechos de tungsteno llamados cátodos.

Esquema de conexiones de una lámpara fluorescente

El principio de funcionamiento consiste en que una carga eléctrica ioniza el gas, y la sucesiva recombinación de los electrones con los átomos provoca una emisión de luz. Las paredes del tubo se hayan recubiertas de un material fluorescente (fósforo), el cual absorbe la luz emitida y la reemite a una frecuencia inferior con un espectro mucho más amplio, produciendo así


una luz similar a la luz blanca. A este tipo de lámparas también se las conoce como de cátodo frio, porque a diferencia de las lámparas comunes o las halógenas no requiere que el cátodo permanezca a la temperatura de incandescencia. Para encender un tubo fluorescente no basta con la tensión de la línea, también son necesarios un arrancador y un balasto o reactancia. El arrancador calienta los cátodos para prepararlos a la descarga del balasto. Cuando el precalentamiento se termina el arrancador se desconecta dejando de circular corriente. En este punto la energía que se acumula en el balasto (tensión acumulada mayor que 230 V) es entregada al cátodo produciendo así la reacción de encendido (desprendimiento de los electrones en el cátodo, posterior ionización del gas y conducción de electrones en el gas).

7. MAQUINAS ELECTRICA.

7.1. Magnetismo y su relación con la corriente eléctrica:

El magnetismo es el fenómeno que acompaña a los imanes. El imán es un cuerpo que tiene la propiedad de atraer el hierro, siendo la magnetita el imán natural más conocido.

La alteración del espacio comprendido alrededor de un imán se pone de manifiesto

colocando debajo de una hoja de papel con limaduras de hierro un imán. Las limaduras de hierro se organizan según la forma que aparece en la figura, poniendo de manifiesto que alrededor del imán se produce un campo magnético cuyo flujo o líneas de flujo va de un extremo (polo norte) a otro (polo sur) por fuera y al revés por dentro del imán.

Campo magnético De la misma manera se pone de manifiesto la orientación de la aguja imantada de una

brújula. En la figura se puede ver cómo los polos del mismo nombre se repelen y cómo los de distinto nombre se atraen.

Electromagnetismo: Fenómeno de interacción entre conductores y campos magnéticos en

movimiento.

7.2. Inducción magnética:

Todo conductor recorrido por una corriente eléctrica crea un campo magnético alrededor de él, cuyas líneas de flujo tienen el sentido que indicaría las espiras de un sacacorchos que avanzase en el sentido que lo hace la corriente, como se indica en la figura, y en consecuencia orientaría una aguja magnética de tal manera que las líneas de flujo entraran por el polo

Campo magnético creado una corriente eléctrica

I

N S


Igualmente ocurre con una espira o una espiral en un solenoide. El campo creado por el solenoide de la figura es idéntico al un imán y la inducción magnética en el centro de la bobina es proporcional al número de espiras, a la longitud L, y la intensidad de la corriente que circula por la bobina.

Si dentro de la bobina (núcleo) introducimos un trozo de hierro, mientras pasa corriente éste

se comporta como un imán, cuando desaparece la corriente desaparece el campo magnético, aunque quede un pequeño magnetismo remanente.

Campo magnético creado por un solenoide

7.3. Principio de funcionamiento de los generadores: Cuando un conductor se mueve en un campo magnético, la componente vertical a las líneas

de flujo de este movimiento genera en el conductor una fuerza electromotriz (f.e.m.) que hace que circule corriente por el conductor: Este es el fundamento de los generadores, su principal campo de aplicación en el área del aire acondicionado son los equipos de medida eléctricos y termodinámicos (termómetros, manómetros interruptores de flujo etc.).

Campo magnético produciendo una tensión en los extremos del conductor

7.4. Principio de funcionamiento de los motores eléctricos:

Cuando colocamos un conductor entre los polos de un imán y este es recorrido por una corriente eléctrica intercalada entre los campos magnéticos se origina una fuerza que hace que el conductor se desplace: Este es el principio de funcionamiento de los dispositivos electromecánicos, entre los que se encuentran los motores, los electroimanes y las electro válvulas, dispositivos estos de amplia aplicación en los equipos de aire acondicionado.

L

N

S


Este es el fundamento de los motores eléctricos, como veremos más adelante:

Campo magnético produciendo desplazamiento del conductor en su interior

8. MOTORES ELÉCTRICOS: 8.1. Generalidades:

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos, está basado en la propiedad que tiene un conductor de desplazarse en el seno de un campo magnético cuando este está recorrido por una corriente eléctrica.

8.2. Motores de corriente continúa: En el caso de los motores eléctricos de corriente continua, el campo magnético generado por la bobina en la parte móvil (rotor) del motor, se opone al campo generado por la bobina o el imán de la parte fija (estator) del motor (ver figura) lo que ocasiona el desplazamiento de la espira en sentido circular: La corriente procedente de la batería, provoca un campo magnético en el seno de la espira que es repelido por los polos del imán del estator (polos magnéticos del estator coincidentes), cuando va completando el giro las escobillas invierten el la polaridad de la corriente del rotor y su polaridad magnética, lo que hace que de nuevo la espira se encuentre con polaridad coincidentes, produciéndose en el rotor un nuevo impulso, manteniendo la inercia de rotación en el eje del motor.

Principio de funcionamiento de los motores eléctricos

N

S

N

S

N

S

Campo magnético

del rotor (espira)

Escobillas

Batería

- +


8.3. Motores de corriente alterna:

Ciclo de funcionamiento de la corriente alterna y su efecto sobre una bobina Si dentro de bobina se introduce un núcleo de hierro, este está sujeto a variaciones constates de intensidad y polaridad magnética. Si se conectan varias bobinas distribuidas alrededor de un núcleo circular, tal y como aparece en la figura, se producirá el fenómeno del campo giratorio, debido al cambio de polaridad y de intensidad magnética. Si colocamos varias bobinas alrededor de un núcleo magnético circular, de forma que reciban corriente alternativamente, en la práctica se creará un campo magnético variable que producirá el efecto del campo giratorio. Al introducir un núcleo magnético en su interior con posibilidad de girar, este se pondrá en movimiento.

Desplazamiento del campo magnético en el estator de un motor de corriente alterna La velocidad de rotación y la fuerza de arrastre del eje del motor (conocido con el nombre de par motor), dependerán del numero de bobinas y de la frecuencia de la tensión aplicada al motor, como cada bobina (o conjunto de bobinas) genera un polo norte (en rojo en el dibujo) y un polo sur (en azul en el dibujo), a este conjunto de bobinas se el conoce con el nombre de par de polos que son los que en realidad hacen posible el movimiento, por tanto la velocidad del motor dependerá del número del par de polos y de la variación del campo magnético de los mismos, por eso la velocidad de un motor eléctrico de corriente alterna esta determinado por la siguiente formula que relaciona la frecuencia y el numero de par de polos con la velocidad del motor:

p

f.=N

60

N: Velocidad del motor en RPM (Revoluciones por minuto)

f: frecuencia de la red en ciclos por segundo (hertzios)

P: número de pares de polos (numero conjunto de polos norte sur)

8.4. Tipos de motores de corriente alterna A) Motores síncronos: motores cuyo rotor gira exactamente a la misma velocidad que el campo

giratorio generado en el estator, estos motores no se usan en la práctica porque para que el rotor alcance la velocidad de sincronismo, es necesario acelerar el rotor externamente desde 0 RPM hasta la velocidad se sincronismo, por eso no se usan en aplicaciones normales como es el caso de los equipos de aire acondicionado. Si durante el funcionamiento se produce un aumento de carga en la maquina arrastrada, el motor se sale de sincronismo y se para, seria el fenómeno equivalente a un automóvil que empieza a subir una carretera empinada y se mantiene en una velocidad larga (5 marcha por ejemplo), llegará un momento que el vehículo se cale.

CAMPO GIRATORIO


B) Motor asíncrono: motores cuyo rotor gira a una velocidad deferente a la velocidad a la que

gira el campo giratorio del estator, estos motores son los mas usados, porque son capaces de alcanzar su velocidad nominal desde 0 RPM, aunque con un pico de consumo en el arranque elevado, la diferencia entre la velocidad del campo magnético del rotor y del estator se llama deslizamiento, y es una de las características de estos motores. Una característica importante del motor asíncrono es su par motor, que es la fuerza que es capaz de transmitir a la maquina arrastrada, lo que significa que en un grupo motobomba, por ejemplo el par motor (generado por el motor eléctrico), tiene que ser superior al para resistente de la bomba, que la es resistencia que presenta al movimiento de giro, sino la bomba no arrancaría. En los motores asíncronos el par motor es directamente proporcional al numero de pares de polos, e inversamente proporcional a la velocidad del motor: usando el ejemplo del automóvil, un motor con elevados numero de pares de polos seria equivalente a un vehículo trabajando en primera o en segunda velocidad, tendría mucho par motor (mucha fuerza en el eje motriz, y poca velocidad), si el motor tiene pocos pares de polo su velocidad, será elevada, pero tendrá poca fuerza en el eje. Teniendo en cuenta que la frecuencia usada en los países de la unión europea (salvo el Reino Unido), es de 50 Hz, podemos ver en la siguiente tabla como se comportan los motores síncronos y asíncronos:

Los motores de corriente alterna son los más usados, y su aplicación más importante es en los elementos de potencia de las máquinas de aire acondicionado, fundamentalmente compresores, bombas y ventiladores. Para pequeñas potencias se usan motores con rotor bobinado, pero este tipo de motores se usan más en válvulas motorizadas y pequeños ventiladores, el motor mas usado en compresores bombas y ventiladores de medio y gran tamaño, son los motores de inducción con rotor en jaula de ardilla.

8.5. El motor con rotor en jaula de ardilla: Los motores con rotor en jaula de ardilla, su estator esta constituido por una masa magnética en cuyas ranuras están acopladas las bobinas, por tanto, el estator de este motor es muy parecido al motor con rotor bobinado, pero el rotor está constituido por un cilindro cuya estructura esta formada por dos anillos unidos por una serie de barras en forma de jaula de ardilla.

Anillosbarras

Anillosbarras

Estructura del rotor en jaula de ardilla

Rotor de un motor en jaula de ardilla (forma real)

VELOCIDADES NOMINALES EN MOTORES SINCRONOS Y ASINCRONOS

Numero de pares de polos

1 2 3 4 5

Numero de polos 2 4 6 8 10

RPM en motores síncronos

3000 1500 1000 750 600

RPM en motores asíncronos

2850 1425 950 710 570


8.6. Motores trifásicos:

Son motores que las tres bobinas están situadas simétricamente a 120º de cada una de ellas, produciendo el campo magnético giratorio cuya polaridad se desplaza de acuerdo con la variación de la corriente de forma ordenada, tal y como comentamos en el apartado 5.3, estas bobinas se pueden conectar de formas diferentes:

Conexiones internas de un motor trifásico

8.7. Potencia de los motores en los motores trifásicos: Las características eléctricas básicas de los motores eléctricos tienen que ver con los cuatro

parámetros básicos de los circuitos eléctricos: resistencia Tensión, Corriente y Potencia. La resistencia de un motor eléctrico tiene que ver con las características de sus bobinas, y

este valor (a temperatura constante), es inalterable salvo que el motor este averiado, por eso a la hora de poner en marcha los motores eléctricos, hay que tener en cuenta su potencia, para poder evaluar el comportamiento del motor, en el caso de los motores trifásicos, la potencia se calcula mediante la siguiente formula:

P = √3.U.I.cos φ φcos.U.

P=I

3

P: potencia en vatios (W). U: tensión en voltios (V) I: corriente en amperios (A) Cos φ : Coseno de φ (depende del tipo de motor

Estator de un motor monofásico

Motor trifásico con rotor en jaula de ardilla

BOBINAS

CAJA DE CONEXIONES


8.9. Conexión de motores eléctricos trifásicos:

Como se puede ver en la figura, los motores trifásicos, van equipados con una caja de conexiones en cuyo interior, hay seis conexiones que corresponden a cada una de las tres bobinas del devanado del motor, o sea dos conexiones por bobina (principio y fin de cada bobina), la posición de las bobinas es estándar en todos los motores trifásicos de inducción con rotor en jaula de ardilla (llamado también rotor en cortocircuito), el conocimiento de la forma de conexión de los motores es muy importante a la hora de poner en marcha este tipo de motores y cuando se necesiten hacer comprobaciones para detectar posibles anomalías en el funcionamiento de los motores. Cajas de conexiones: Son las cajas en cuyo interior están las conexiones que corresponden a las tres bobinas, teniendo la forma que aparece en las figuras:

Conexión en triangulo: En este tipo de conexión las bobinas están conectadas entre cada dos fases del circuito de alimentación trifásico, de tal forma que todas las bobinas reciben directa de la línea trifásica. Esta conexión corresponde con la de menor tensión de motor, por ejemplo, si tenemos un motor en cuya placa de características dice U = 230/400 Vca, esto indica que este motor se puede conectar tanto a 230 Voltios con a 400 Voltios, para que funcione con una línea de 230 voltios lo deberemos conectar en triangulo:

Conexión en estrella: En este tipo de conexión las bobinas están conectadas de forma tal que un

extremo de cada bobina está conectado a cada fase y el otro extremo a un punto común de las tres bobinas cuyo potencial eléctrico es teóricamente 0 voltios.

V1 U1 W1

V2 U2 W2

V U W

X Z Y

Placa de bornas (formato antiguo) Placa de bornas (formato actual) Conexiones internas placa de bornas

L 2 L 3 L 1 L 1 L 2 L 3

CONEXIÓN EN TRIANGULO ESQUEMA CONEXIÓN TRIANGULO


Esta conexión corresponde con la de mayor tensión del motor, por ejemplo, si tenemos un motor en cuya placa de características aparece U = 230/400 Vca, esto indica que este motor se puede conectar tanto a 230 Voltios con a 400 Voltios, para que funcione con una línea de 400 voltios lo deberemos conectar en estrella:

8.10. Características más importantes de los motores trifásicos: Para analizar el comportamiento de los motores eléctricos trifásicos es necesario conocer sus parámetros de funcionamiento más importantes y la relación que existe entre ellos. Parámetro nominal: Se entiende por parámetros nominales, aquellos parámetros de funcionamiento para los que fue concebido el motor. Todos los parámetros nominales están relacionados entre si: cuando uno se modifica el resto de los parámetros cambian: Por ejemplo si la maquina que esta moviendo el motor aumenta su par resistente por alguna razón, la corriente aumentará, la velocidad de rotación disminuirá y la tensión en bornas también disminuirá

8.11. Arranque de los motores trifásicos: Los motores eléctricos en general tienen una elevada corriente de arranque, especialmente cuando arrancan a plena carga, esta elevada corriente en motores de mucha potencia pude producir daños en el propio motor, pero sobre todo en la línea de alimentación, produciéndose fenómenos indeseables como pueden ser el calentamiento de los conductores de alimentación o la caída de tensión que pueden provocar daños en otros equipos alimentados desde el mismo cuadro de alimentación e inclusive al resto de circuitos del edificio que albergue a la instalación, para evitar estos daños se recurre a arrancar estos motores a tensiones inferiores a su tensión de servicio.

L 2 L 3 L 1

CONEXIÓN EN ESTRELLA ESQUEMA CONEXIÓN ESTRELLA

L 1 L 2 L 3


Arranque en estrella triangulo.

Este tipo de arranque consiste en conectar el motor en estrella y suminístrale la tensión correspondiente al triangulo, y una vez alcanzada la velocidad nominal se conecta el motor en triangulo. Para que el arranque en estrella triangulo sea posible, es necesario que la tensión correspondiente a la conexión en triangulo, coincida con la tensión de la red. Por ejemplo para poder arrancar un motor en estrella triangulo con una red de 400 voltios (entre fases), es necesario que el motor sea 400 / 660 V. En la figura está representado el proceso de arranque de un motor en estrella triangulo: En el momento del arranque el interruptor estrella, y el interruptor de línea deben de estar cerrados, una vez alcanzada la velocidad nominal, se abre el interruptor estrella y se cierra el interruptor triangulo, manteniendo el de línea cerrado. En los circuitos automáticos para arranque de motores el cambio de estrella a triangulo se hace mediante temporizadores, como veremos el la parte de automatismo.

I(amperios)

T (segundos)

I(arranque)

In(nominal)

(entre 3 y 5 In)

Tiempo de arranque

ESTRELLA

TRIANGULO

LINEA

L1 L2 L3


8.12. Motores monofásicos:

Para potencias inferiores a 1 kW se usan, muy frecuentemente, motores monofásicos a 230V con rotor en cortocircuito.

En estos motores, para obtener un par de arranque, es necesario añadir un segundo

devanado estatórico, puesto a 90º eléctricos del devanado principal (motores de doble devanado o de devanado auxiliar). En el lenguaje común son conocidos con el nombre SCR (del inglés Start-common-Run). El devanado auxiliar viene alimentado a través de un condensador, mientras que el principal está conectado directamente a la red.

En las siguientes figuras están representados los tres tipos de arranque de motores

monofásicos comúnmente usados: el tipo con arranque resistivo y marcha reductiva (RSIR); el tipo con arranque capacitivo y marcha inductiva (CSIR), y el tipo con arranque y marcha capacitiva (CSR). El devanado auxiliar puede desconectarse después del arranque por medio de un interruptor de tipo centrífugo, o bien quedarse conectado, en cuyo caso disminuye el par y la corriente de arranque.

Conexiones del motor monofásico con devanado auxiliar

Motor monofásico con bobina arranque y condensador

C

S R

BOBINA

AUXILIAR

BOBINA

PRINCIPAL

Devanado principal Devanado auxiliar

C: common (común) S: Star (arranque) R: Run (trabajo)


Arranque con bobina Arranque con condensador

9. LOS TRANSFORMADORES:

Transformadores: Por razones de rendimiento es conveniente transportar la energía eléctrica a potenciales

elevados e intensidades de corriente pequeñas, con la reducción consiguiente de la cantidad de calor perdida por segundo en la línea de transporte. Por otra parte, las condiciones de seguridad y de aislamiento de las partes móviles requieren voltajes relativamente bajos en los equipos de generadores, en los motores y las instalaciones domésticas. Una de las propiedades más útiles de los circuitos de corriente alterna es la facilidad y rendimiento elevado con que pueden, por medio de transformadores, variarse los valores de los voltajes (e intensidades de corrientes).

En principio, el transformador se compone de dos arrollamientos aislados eléctricamente

entre sí y devanados sobre el mismo núcleo de hierro (figura 38). La corriente alterna que circula por uno de los arrollamientos crea en el núcleo un campo magnético variable que genera un flujo magnético que atraviesa el otro arrollamiento induciendo en él una f. e. m. alterna. El arrollamiento al que se suministra energía eléctrica se denomina primario, y el que cede energía se le denomina secundario. Cualquiera de los arrollamientos puede utilizarse como primario.

bobina auxiliar bobina principal

bobina princip principal

bobina auxiliar

relé de arranque

NUCLEO MAGNETICO

PRIMARIO SECUNDARIO

FLUJO MAGNETICO

PRINCIPAL

FLUJO MAGNETICO AUTOINDUCIDO

I primario

U primario U secundario

I secundario


10. PROTECCIÓN DE EQUIPOS: El contactor es un aparato de conexión que se manda a distancia electro magnéticamente. Sus elementos principales son la bobina de mando con el núcleo móvil y los contactos

principales y auxiliares

Figura 39: Esquema del contactor A los contactos principales se conecta el circuito que se pretende gobernar. El punto álgido

de un contactor son las placas de contacto que deben resistir los efectos del arco de corte durante millones de maniobras de conexión y desconexión. El material más empleado para las mismas es una aleación de plata, veces sintetizada, que tiene baja resistencia al paso de corrientes, resiste bien el arco y no se erosiona.

Los contactos auxiliares son de dos clases, abiertos y cerrados, y su número puede variar

según las necesidades. Su aplicación principal es el mantenimiento de la corriente en la bobina o el enclavamiento con otros contactores.

Cuando la bobina del contactor quede excitada, se mueve el núcleo en su interior y arrastra

los contactos principales y los auxiliares, cerrándolos. En la figura 40 se indica un esquema de control de un motor medio de un contactor, en una red trifásica. Cuando se cierra el pulsador de marcha a los bordes de la bobina llega la tensión entre una fase y el neutro; el núcleo cierra los contactos principales y el motor arranca. Al mismo tiempo, el contacto de mantenimiento ha cerrado y mantiene la tensión en la bobina aun cuando se deje de pulsar y el botón vuelve a su posición de abierto. La lámpara de señalización se enciende estando en paralelo con la bobina.

Figura 40. Esquema de control de un motor por contactor


Cuando se corta la alimentación de la fase a la bobina por actuar sobre el pulsador de parada o bien porque abre el contactor el relé térmico, el núcleo vuelve a su posición original por medio de un muelle, abriendo los contactos principales. La lámpara de señalización se apagará y, si ha actuado el relé térmico, se encenderá su lámpara de señalización. Un corte de corriente produce el mismo efecto que la interrupción del circuito de mando. En este caso hay que volver a pulsar el botón si se quiere poner en marcha otra vez después de que haya vuelto la tensión.

Con un interruptor sobre el circuito de mando este inconveniente se elimina, ya que al volver

la tensión se excitaría la bobina (figura 41). Está practica se puede admitir en pequeñas instalaciones. Sin embargo, cuando hay muchos motores no se puede permitir que arranquen todos al mismo tiempo, particularmente si son de potencia elevada, porque podría darse una fuerte caída de tensión en la red de alimentación.

Figura 41. Mando con interruptor

Si el contactor se debe gobernar desde diferentes puntos, los pulsadores de marcha se

conectan en paralelo y el de parada en serie. Para la protección del motor de potencias pequeñas y medias se emplean también aparatos

denominados guarda motores, que llevan incorporada una protección electromagnética para los cortocircuitos y un tripolar para las sobrecargas.

En la figura 42 se indica el esquema de funcionamiento de un guarda motor bipolar.

Figura 42: Esquema de funcionamiento de un guarda motor bipolar

Cuando se dobla la lámina bi-metálica por un exceso de corriente, o el núcleo de electroimán

atrae la varilla, ésta abre el contacto y el muelle de apertura abre los contactos principales de


guarda motor. El rearme, una vez cesada la causa que ha provocado el disparo de la varilla, es manual.

Se aplican usualmente para potencias pequeñas en motores monofásicos con corriente que

van de pocas décimas de amperio hasta 16 A, pero también existen guarda motores trifásicos de hasta 40 A.

Se hace notar que con la palabra guarda motor se denomina también el conjunto de

elementos formados por contactor, relé térmico, fusibles, pulsadores de marcha y parada, lámpara de señalización, bordes y caja de protección.

Según el reglamento electrotécnico de baja tensión y sus instrucciones complementarias MI

BT, todo circuito deberá estar protegido contra los efectos de las sobre intensidades y contra contactos directos o indirectos.

Los interruptores automáticos de motor utilizan el mismo principio de protección que los interruptores magnetotérmicos. Son aparatos diseñados para ejercer hasta 4 funciones:

1.- Protección contra sobrecargas.

2.- Protección contra cortocircuitos.

3.- Maniobras normales manuales de cierre y apertura.

4.- Señalización.

Este tipo de interruptores, en combinación con un contactor, constituye una solución excelente para la maniobra de motores, sin necesidad de fusibles de protección.

10.1 PROTECCIÓN CONTRA SOBREINTENSIDADES Todos los conductores que forman parte del circuito, incluido el conductor neutro y

exceptuando el conductor de protección, estarán protegidos contra los efectos de las sobre intensidades (según MI Bt 020).

Un motor se calienta por efecto de sus perdidas en el cobre, proporcionales al cuadrado de

la intensidad, y de sus perdidas en el hierro, para una tensión dada. Los motores pueden hallarse sujetos a una intensidad de corriente superior a la nominal

(sobrecarga) por una de las siguientes causas:

Producida por una anormalidad de funcionamiento de la máquina accionada.

Debida a una reducción de la tensión de la red.


Porque el motor está sometido a la corriente de arranque durante el tiempo superior al normal.

Por falta de una fase.

Debido a elevadas temperaturas del ambiente.

Para obtener una perfecta protección sería necesario que las características del calentamiento del motor y del relé fueran idénticas. Sin embargo, las curvas de calentamiento de los motores no son todas iguales, lo que obliga a la construcción de relés cuya característica sea valida para varios motores.

Los relés térmicos controlan el calentamiento de los arrollamientos de los motores,

provocando la apertura automática de un contacto cuando se alcanza un valor límite de temperatura. El bimetal del relé esta formado por dos láminas estrechas y delgadas de metales diferentes, soldadas entre sí que tienen coeficientes de dilatación muy distintos.

El relé térmico a través de sus bimetales, actúa sobre una reglilla deslizante que a su vez

actúa sobre un mecanismo con un contacto conmutado (figura 43). Los bimetales al calentarse como consecuencia de la corriente absorbida por el motor, se

deforman hasta llegar a estabilizarse en una posición de equilibrio. Cuando se produce una sobrecarga, al aumentar la intensidad de la corriente absorbida, aumenta curvatura de los bimetales hasta que, actuando sobre la reglilla, la hacen deslizar hacia el tope del disparo. En ese momento, la presión ejercida sobre dicho tope hace abrir el contacto, abriendo el circuito de la bobina del contactor y cerrando, al mismo tiempo, el contacto que energiza un circuito de alarma óptico.

El calentamiento del bimetal puede obtenerse (véase figura 43) por el paso directo de la

corriente por este bimetal, por el paso de esta corriente a través de una pequeña resistencia de calentamiento dispuesta muy cerca del bimetal y en serie con el mismo.

En todos los casos, el calentamiento estabilizado del bimetal bajo una intensidad dada es

sensiblemente proporcional al cuadrado de la intensidad. El relé térmico debe ser capaz de distinguir si las sobrecargas son producidas por falta de

una fase, produciendo en este caso la desconexión del contactor aun en el caso de que la intensidad de corriente que circula por el relé no sea superior a la de ajuste del relé.

Figura 43. El relé térmico Las características comunes de todos los relés térmicos son las siguientes:

Protección térmica contra sobrecargas simétricas.

Protección diferencial contra cargas asimétricas, independientemente del tope de regulación.


Compensación contra las variaciones de la temperatura del ambiente.

Posibilidad de utilización en la corriente alterna, mono, bifásica, y trifásica.

Regulación fácilmente accesible y gran sensibilidad de ajuste.

Rearme manual o automático a voluntad.

Contacto de disparo conmutado para permitir señalizaciones ópticas o acústicas. Es preciso regular el relé de protección para la corriente absorbida por el motor, sea ésta

inferior o igual a la nominal. De esta forma, además de quedar protegido el motor, queda también protegida la máquina accionada cuando la sobrecarga sea debida, por ejemplo, al agarrotamiento de un cojinete. Al examinar la causa que ha motivado el disparo, antes de rearmar manualmente el relé, se observará un calentamiento anormal del cojinete.

La regulación del relé debe elegirse siempre de forma que la intensidad nominal del motor

quede comprendida en la zona central de la escala de regulación. Una vez determinada la regulación del relé en función de la intensidad realmente absorbida

por el motor, se procederá a situar el índice de regulación en la posición de máximo y se mantendrá la carga hasta conseguir la estabilización térmica del motor.

A continuación se moverá suavemente el índice de regularización hacia la posición marcada

con mínimo, hasta que se produzca la desconexión del relé. Una vez obtenido el disparo del relé, se desplazará moderadamente el índice en sentido contrario y se pondrá de nuevo el motor en marcha. En estas condiciones no debe dispara el relé; si lo hace, se desplazará un poco más el índice hacia valores superiores, hasta que se obtenga la seguridad de que el relé no dispara en condiciones normales de funcionamiento.

Seguidamente, y como comprobación, estando el motor en marcha se retirarán, uno a uno,

los fusibles, con lo cual la desconexión deberá producirse antes de dos minutos. Con esto queda comprobada la protección por falta de una fase de alimentación del motor.

Cuando la sobreintensidad de arranque del motor tarda bastante tiempo en eliminarse caso

típico de motores con máquinas accionadas de gran inercia (ventiladores de grandes dimensiones y baja potencia absorbida), puede que no se logre el arranque debido al disparo del relé térmico. En este caso debe utilizarse un sistema de protección, en el que el hierro del transformador de intensidad se satura al llegar la corriente en un cierto valor, evitándose así el calentamiento de los bimetales durante el arranque.

Algunos motores llevan una protección térmica situada directamente del devanado del motor

(Fig. 44). Se trata esencialmente de un termostato, llamado Klison, regulado al calor máximo de la temperatura que puede alcanzar el devanado del motor, que abre un contacto cuando esta temperatura viene rebasada.

Este sistema de protección tiene la desventaja de necesitar un tiempo muy largo para volver

a la posición de contactos cerrados, debido a la inercia térmica del devanado del motor, que abre un contacto cuando esta temperatura viene rebasada.

Es conveniente que el rearme, forzosamente automático, no provoque la puesta en marcha

automática del motor, sino que obligue a ponerlo en marcha y parada, habiendo antes averiguado las causas de la parada.


Figura 44. Protección interna de motores

Otros tipos de relés térmicos basan su funcionamiento sobre el calentamiento de un aceite

especial que varía el tiempo de disparo en función de la variación de la viscosidad con la temperatura. Se usan para la protección de grandes motores, principalmente turbocompresores.

10.2 PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITOS: Todos los conductores del circuito, fases y neutro, excepto el conductor de protección

(tierra), deben estar protegidos contra los efectos de las sobre intensidades de corriente debida a cortocircuitos o defectos de aislamiento.

Los dispositivos de protección son los fusibles calibrados y los interruptores automáticos,

dotados de sistemas de corte térmico y electromagnético. Para intensidades de hasta 100 A. se usan los fusibles denominados Diazed, de acción

retardada, que son poco sensibles a las sobrecargas de corta duración (arranque de motores). Para intensidades superiores, de más de 60A se usan fusibles de alta potencia, cuyo conductor de fusión es el cobre, rellenos de arena de cuarzo, que se alojan en bases dotadas de fuertes pinzas; la colocación y ubicado de los cartuchos se efectúa mediante una empuñadura especial. (Véase en la Fig. 45 la constitución de un fusible).

La protección mediante relé térmico contra sobrecargas de los motores no evita el empleo de fusibles para protección contra cortocircuitos. Es preciso establecer una coordinación conveniente entre las funciones de los diferentes elementos, relé térmico de protección contra sobrecargas y fusibles contra cortocircuitos.

La misión de un relé térmico es la protección contra sobrecargas hasta un límite de

intensidad que será, al menos, igual al de la intensidad absorbida por el motor durante el período de arranque.


Los fusibles tienen unas características de fusión particularmente estudiadas para la realización de un funcionamiento selectivo, e intervienen cuando las intensidades son superiores a las establecidas como máximas para la protección del relé térmico.

El esquema representado en la figura 46 muestra una protección selectiva donde los

elementos se protegen mutuamente y el funcionamiento de uno de ellos no producirá desperfecto en los otros.

Otra forma de protección contra cortocircuitos está representada por los relés

electromagnéticos, empleados para proteger contra las fuertes sobrecargas que requieren una rápida apertura del contactor o de un interruptor automático.

Figura 46 Protección selectiva de motores

Otra forma de protección contra cortocircuitos está representada por los relés

electromagnéticos, empleados para proteger contra sobrecargas fuertes que requieran una rápida apertura del contactor o de un interruptor automático.

El relé consta, esencialmente, de un circuito magnético y un mecanismo de desconexión

que actúa sobre un contacto auxiliar (véase guarde motor). El mecanismo de desconexión es activado por la armadura, que, en su movimiento, debido a

la atracción magnética, desplaza una palanca que acciona el contacto de disparo. Después de la apertura del contactor o del interruptor, controlado por el relé, la de este último

vuelve a caer y el contacto puede volver a adquirir su posición inicial o bien permanecer abierto para su rearme manual.

En la tabla se indican los tamaños de los fusibles a utilizar en función de la potencia nominal

del motor y de la tensión entre fases, para arranque directo o en estrella-triangulo:


SELECCIÓN DE FUSIBLES DE PROTECCIÓN PARA MOTORES ASÍNCRONOS TRIFÁSICOS

Características del motor 220 Vca 380 Vca

Potencia (KW)

(Cos

⍴)

Rendimiento (%)

Intensidad Fusibles : Intensidad Fusibles

Directo

Υ ∆ Directo Υ ∆

0,5 0,75 0,69 2,5 4 - 1,4 4 -

0,8 0,78 0,74 3,7 6 - 2,1 4 -

1,1 0,83 0,78 4,4 6 6 2,8 6 -

1,5 0,83 0,79 6,0 10 10 3,5 6 4

2,2 0,83 0,80 8,7 16 10 5,0 10 6

3,0 0,84 0,82 11,5 20 16 6,6 10 10

4,0 0,85 0,84 14,5 25 20 8,5 16 10

5,5 0,85 0,85 20 36 25 11,5 20 16

7,5 0,85 0,86 27 36 36 15,5 25 20

11,0 0,86 0,87 39 63 50 22 36 25

15,0 0,87 0,87 52 80 63 30 50 36

22,0 0,88 0,87 75 100 80 44 63 50

30,0 0,88 0,87 103 125 125 60 80 63

40,0 0,88 0,88 136 160 160 78 100 80

50,0 0,88 0,88 169 200 200 98 125 100

Documents

7. Manual Fundamentos Eléctricos