A traves de este sistema se puede arrancar un motor electrico trifasico, partiendo de una red bifasica.

1. UNIVERSIDAD FERMÍN TORO
VICE-RECTORADO ACADEMICO
DECANATO DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN CONVERTIDOR DE FASE ROTATIVO PARA MOTORES TRIFASICOS COMO
APLICACIÓN EN EL PROCESO PRODUCTIVO DE LA PEQUEÑA Y MEDIANA INDUSTRIA
Autor:
Juan Carlos Angulo Álvarez
Asesor: Ing. Elías Pérez

2. RESUMEN
La presente investigación tiene como objetivo fundamental el diseño de un convertidor de fase
rotativo para motores eléctricos trifásicos con alimentación de 220 volts, aplicables al proceso
productivo de la pequeña y mediana industria, que se encuentren ubicadas en el perímetro
urbano de cualquier ciudad del país, las cuales no contando con el suministro de energía del
sistema trifásico para colocar en marcha su maquinaria y equipos, acuden a la implementación de
este dispositivo eléctrico que les permita suplir la falta de energía trifásica, permitiendo minimizar
los costos tanto en la adquisición de su maquinaria como en el consumo de energía. La
metodología utilizada está ubicada dentro de la modalidad de proyecto factible, por cuanto
pretende constituir un aporte de aplicación en el proceso productivo de la pequeña y mediana
industria, bajo requerimientos exigidos por la misma.
Académicamente esta investigación servirá como bases teóricas a otros trabajos que presentan
características como: Polo de Investigación II: Hombre Ciudad y Territorio, el eje conceptual es
Diseño, operación y mantenimiento en sistemas de media y baja tensión; Línea de Investigación
6: Diseño operación y mantenimiento de maquinas eléctricas que contribuyan con el desarrollo
del país.
DESCRIPTORES: Red monofásica, Capacitores, Motor eléctrico trifásico, Contactor.

3. INTRODUCCION
A partir del descubrimiento de la energía eléctrica y su posible utilización comercial por parte del hombre,
esta ha jugado un papel importante en el desarrollo de la humanidad. El desarrollo de grandes fuentes
de energía para ejecutar trabajos útiles ha sido la clave del dilatado progreso industrial y parte primordial
en la mejora de calidad de vida del hombre en la sociedad moderna.
El presente proyecto de trabajo de grado de la carrera de Ingeniería Eléctrica, tiene como objetivo principal,
el diseño de un convertidor de fase rotativo que permita el funcionamiento de motores eléctricos
trifásicos con dos fases que contribuya a desarrollar la productividad de la pequeña y mediana industria.
El convertidor de fase está estrechamente diseñado para proporcionar un trabajo seguro, confiable y
económico, en el uso de las maquinas eléctricas trifásicas, conectados en una red de alimentación de
dos fases.
Generalmente estos convertidores son utilizados en: carpintería, litografía, tipografía, talleres
metalmecánicos, tornerías, bloqueras, panaderías, sistemas de riego y otros. Este tipo de empresas por
su ubicación dentro del perímetro urbano (centro de la ciudad, urbanizaciones) carecen del servicio de
alimentación de un sistema tetrafilar trifásico (hilos: 3 fases y neutro). Sistema característico de las
grandes zonas industriales ubicadas fuera del perímetro urbano.
Con este proyecto de investigación para construir convertidores, se le dará facilidad a estas medianas
empresas que tiene pocos recursos para adquirir un local en la zona industrial, asimismo, aquellas que
necesitan estar dentro del perímetro urbano pues es el centro de sus operaciones comerciales, como en
el caso de las panaderías, tipografías, carpinterías y otros, para que puedan por medio del convertidor
poner en marcha los motores trifásicos, sin que estos pierdan sus características originales. El desarrollo
del trabajo se estructuro de la manera siguiente:
Capítulo I, resume la situación en que actualmente se encuentra la pequeña y mediana industria, la
organización y productividad como estrategias utilizadas para su buen funcionamiento.

4. Capítulo II, se plantea el problema existente en la pequeña y mediana industria, se justifica dicha
situación, haciendo notar la gran importancia que tiene el presente trabajo, el alcance que posee
el mismo y los objetivos general y especifico para dar solución al problema.
Capítulo III, presenta el marco teórico conformado por antecedentes, bases teóricas, red de dos
fases, red trifásica, funcionamiento del motor trifásico como monofásico y definición de
condensadores de arranque y marcha, que fundamentan el trabajo y complementan la
información.
Capítulo IV, define la metodología empleada en la realización del proyecto, la naturaleza del estudio;
la cual está ubicada dentro de la modalidad del proyecto factible y estudio de campo, la población
y muestra, las técnicas de recolección y análisis de datos y cada una de las fases que se deben
desarrollar en dicha investigación: diagnostico, factibilidad, diseño del convertidor de fase
rotativo, el propósito del diseño y su aplicación en la pequeña y mediana industria y describe el
funcionamiento del convertidor de fase. Además presenta el análisis de alternativas, desarrollo de
la productividad, la implementación del convertidor de fase, establece las ventajas del motor
trifásico respecto al monofásico, su factibilidad, materiales a emplear y la calidad de la mano de
obra, análisis de los resultados obtenidos mediante la aplicación de los instrumentos y técnicas
de recolección de datos, así como el estudio económico detallando los gastos, inversiones, y
beneficios que tendrá la empresa al implementar el convertidor de fase rotativo.
Capitulo V, se presentan las conclusiones y recomendaciones.

5. CAPITULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema
Entre los logros tecnológicos de la humanidad, que grandes beneficios ha aportado es sin lugar a dudas, la gran
inventiva de la generación eléctrica, siendo esta un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya
energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, inductivos, transformación y rectificación entre otros.
La electricidad se puede observar en forma natural en fenómenos atmosféricos por ejemplo los rayos que son
descargas eléctricas producidas por la transformación de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre
(proceso complejo de los rayos solo forman una parte). La electricidad es la base del funcionamiento de muchas
maquinas, desde pequeños equipos industriales hasta sistemas de gran potencia.
Nikola Tesla (1889) fue el hombre que permitió a la humanidad tener acceso a la energía eléctrica cuando diseño un
sistema de generadores de corriente alterna, otro de sus logros fueron los motores y los transformadores que
permitieron brindarle energía al mundo. Los generadores de Tesla no requerían un enfoque tan engorroso. Por
otra parte, su sistema podría intensificar corriente a un voltaje más alto para transmitirla a través de largas
distancias y posteriormente, reducir la corriente a niveles utilizables en los hogares y fabricas.
Werner von Siemens (1866) patentó la dinamo. Con ello no sólo contribuyó al inicio de los motores eléctricos, sino
también introdujo el concepto de Ingeniería Eléctrica, creando planes de formación profesional para los técnicos
de su empresa. La construcción de las primeras máquinas eléctricas fue lograda en parte, en base a experiencia
práctica. A mediados de la década de 1880, gracias a la teoría desarrollada por James Clerk Maxwell y al éxito de
Werner von Siemens, la ingeniería eléctrica se introdujo como disciplina en las universidades.
La fascinación por la electricidad aumentó con la invención de la dinamo. Karl Marx predijo que la electricidad causaría
una revolución de mayores alcances que la que se vivía en la época con las máquinas de vapor. Antonio Pacinotti
inventó

6. el inducido en forma de anillo en una máquina que transformaba movimiento mecánico en corriente eléctrica
continua con una pulsación, y dijo que su máquina podría funcionar de forma inversa. Ésta es la idea del
motor eléctrico de corriente continua.
Moritz von Jacobi (1834), los primeros motores eléctricos técnicamente utilizables fueron creados por el
ingeniero Moritz von Jacobi, quien los presentó por primera vez al mundo
Actualmente las pequeñas y medianas industrias ubicadas o por ubicarse en el perímetro urbano de
cualquier ciudad del país, no cuentan con el suministro de energía de tres fases para poner en
funcionamiento sus equipos y maquinarias, viéndose obligado a utilizar motores monofásicos
sumamente costosos, tanto en su adquisición como en el costo de energía eléctrica, o de ubicarse en
las grandes zonas industriales donde si existe el suministro de energía de tres fases, pero alejadas de
su centro de operaciones e incrementando sus inversiones. Por lo tanto se requiere diseñar un
dispositivo eléctrico que permita poner en funcionamiento equipos y maquinas eléctricas trifásicas con
dos fases.
Es por eso que esta novedosa investigación, le permite a la pequeña y mediana industria el desarrollo de su
productividad, minimizando los costos en la adquisición de maquinaria como en el consumo de energía.
El uso de motores trifásicos en lugar de motores monofásicos significa:
Ahorro en la adquisición del motor, ya que los motores trifásicos son mucho más económicos que los
motores monofásicos
Facilidad de encontrar el motor de la potencia requerida, pues, los motores trifásicos se encuentran
fácilmente en el mercado, en una amplia gama de potencias.
Ahorro en el mantenimiento, debido a que los motores trifásicos son mucho más confiables y duraderos que
los motores monofásicos.
Ahorro en el costo del consumo de energía eléctrica, además, esta investigación permite darle una salida a la
situación energética en que vive el país, por falta de caudal en los embalses, debido a la poco agua de
suministro, ya que es la fuente de energía mecánica para que funcionen los generadores productores de
electricidad.

7. La necesidad del motor de inducción monofásico de fase partida se explica de la siguiente forma: existen muchas
instalaciones, tanto industriales como residenciales a las que la compañía eléctrica solo suministra un servicio de
c.a monofásico. Además, en todo lugar casi siempre hay necesidad de motores pequeños que trabajen con
suministro monofásico para impulsar diversos artefactos electrodomésticos tales como máquinas de coser,
taladros, aspiradoras, acondicionadores de aire, etc.
La mayoría de los motores monofásicos de fase partida son motores pequeños de caballaje fraccionario. Tanto para
115 v como para 230 v en servicio monofásico. En la actualidad en el comercio se pueden encontrar estos
motores con potencia de hasta 15 hp, para funcionar con voltaje entre sus bornes de alimentación con 220 volts
c.a. Los motores monofásicos de inducción de fase partida experimentan una grave desventaja. Puesto que solo
hay una fase en el devanado del estator, el campo magnético en un motor monofásico de inducción no rota. En su
lugar, primero pulsa con gran intensidad, luego con menos intensidad, pero permanece siempre en la misma
dirección. Puesto que no hay campo magnético rotacional en el estator, un motor monofásico de inducción no
tiene par de arranque. Es por ello que se conecta en paralelo una bobina de arranque en forma paralela. Para así
poder crear un campo giratorio y de esta manera tener un torque de arranque, la bobina de arranque es
desconectada por medio de un interruptor centrífugo.
El motor eléctrico trifásico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio
de interacciones electromagnéticas. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar
energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción
usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.
Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares. Pueden funcionar conectados a
una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos
híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.
En ocasiones, la rutina no aleja del rigor técnico. Por eso, es necesario volver, de vez en cuando, al concepto teórico;
fuente segura de conocimientos básicos para la manipulación de los equipos, cuyo mejor aprovechamiento
debemos garantizar.
Hablemos pues de motores trifásicos, síncronos y asíncronos, principio de funcionamiento. El motor mismo es el
fundamento de toda industria y sus principios básicos nos acercan al origen de todo movimiento, fuerza y
velocidad.

8. Si a una red trifásica R-S-T, le conectamos un bobinado estatórico en triángulo y bobinamos todos los polos siguientes
en el mismo sentido las polaridades serán distintas en cada par de polos diametralmente opuestos.
Esto es igualmente válido para una conexión en estrella. La intensidad del campo de cada una de las bobinas depende
de la corriente que circula por ella y en consecuencia por la fase que le corresponde. El campo de cada bobina
aumenta o disminuye siguiendo la fluctuación de la curva (Perfectamente senoidal) de la corriente que circula por
su fase. Como sea que las corrientes de una red trifásica están desfasadas 120° entre sí, es natural que las
bobinas actúen también con un desfasaje de 120°. La acción simultánea de las corrientes de cada fase al actuar
sobre las bobinas produce un campo magnético giratorio y allí tenemos el principio de un motor de C.A.
Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las más diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios
miles de caballos de fuerza (HP), se los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60
Hz) normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas. Se
emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada,
sopladores, entre otros.
Cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el estator se origina un campo
magnético que induce corriente en las barras del rotor.
Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético del estator, originará un para
motor que pondrá en movimiento al rotor. Dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones también
continuas, de la corriente alterna trifásica.
Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo magnético giratorio. Esto se
debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este
fenómeno se le llama deslizamiento.
Después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un nuevo deslizamiento, y así sucesivamente. De esta manera
se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo magnético giratorio.
Es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico. El deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la
carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor.

9. Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de
funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se
encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse
perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.
Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético,
además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la
interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse
produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un
dispositivo llamado flecha o eje del motor.

10. Objetivos de la investigación
Objetivo General
Diseñar y construir un convertidor de fase rotativo que permita el funcionamiento de motores
eléctricos trifásicos con dos fases y 220 volts de alimentación, que contribuya a desarrollar la
productividad de la pequeña y mediana industria.

11. Objetivos Específicos
1. Detectar las necesidades de implementación en la pequeña y mediana industria de convertidores de fase rotativo
que permitan transformar corriente de dos (2) fases, a tres (3) fases, para el funcionamiento de motores trifásicos.
2. Describir el procedimiento para la elaboración de un convertidor de fase.
3. Determina los componentes a considerar en la construcción de un convertidor de fase: Voltaje, Potencia de
Motor, Condensadores de arranque, Condensadores de marcha.
4. Realizar los cálculos de los condensadores requeridos para crear el elevado par de arranque y los que forman la
tercera fase.

12. Justificación e Importancia
La energía eléctrica es una de las formas más sencillas de transportar y recorrer mayores distancias. Se puede
obtener una diversa variedad de fuentes primarias de energías es la que mas usos y aplicaciones ofrece en la
vida cotidiana por tal razón es fundamental para el desarrollo de un país, para ello, es necesario suministrar dicha
energía en forma adecuada y oportuna.
A pesar del deterioro económico que se ha estado observando, se nota que la economía venezolana tiene muchas
fortalezas. Venezuela tiene una enorme capacidad de generación de ingresos como el petróleo, la petroquímica,
sectores mineros y todo lo que esta vinculado al área de servicios, esta es una fortaleza que se tiene que
reconocer ya que ha sido demostrada en este periodo que esta transcurriendo. Por su puesto que para quienes
se desenvuelven en actividades productivas, que han vivido la dramática caída de las ventas en un 50% como
ocurrió con el comercio y los servicios; la industria cuya producción cayo en un 35%, la construcción en mas del
60% los resultados dados a conocer por el Banco Central de Venezuela, solo confirman lo que se avizoraba,
producto de las realidades que se viven a diario.
En estos momentos están operando unas 2.500 empresas, es decir, que ha habido una disminución del 61% en el
parque industrial nacional. Por otra parte el 70% de las empresas industriales considera que la situación actual de
la industria es negativa y solo menos del 5% de las empresas grandes y pequeñas prevén un mejoramiento de la
situación de la industria.

13. Debido a toda esta situación, el ejecutivo nacional debe dar todas las facilidades a las microempresas y cooperativas,
porque esas son generadoras de empleo.
La pequeña y mediana industria desempeña un papel muy importante en la economía nacional, en los actuales
momentos donde las políticas económicas aplicadas por el gobierno no han tenido muy buenos resultados, se
han visto afectadas grandes empresas con alta productividad, donde se emplean a miles de venezolanos,
obligándose a suspender sus actividades productivas por falta de materia prima, ya que para estas, debido a la
política cambiaria aplicada por el ejecutivo nacional resulta engorroso e ineficiente adquirir tales divisas,
afectando de manera inclemente a la industria, que al no poder con facilidad obtener las divisas necesarias para
la compra de materia prima e insumos que en su mayoría resultan ser importados, merman de manera
considerable su producción, aparte del endeudamiento al que se están enfrentando como consecuencia de no
poder cubrir sus compromisos de pago en el exterior.
Cualesquiera que sean las innumerables causas de la caída económica, ha dado paso al auge de la pequeña industria,
debido a que las 2.500 empresas que actualmente funcionan, muchas han optado por el uso de materia prima
nacional, apoyándose en la pequeña y mediana industria que proporciona productos competitivos y de buena
calidad.
Este sector de la industria ha tenido un mejor desarrollo productivo, pues la materia que utiliza es en un 80% nacional.
Se cuenta en esta área con personal calificado, técnicos y profesionales, que antes dependían de grandes
empresas que han cerrado sus puertas y son estos quienes están creando nuevas pequeñas empresas,
vinculándose a la productividad y al sector económico de manera positiva, prestando un servicio a la comunidad.
El convertidor de fase en los actuales momentos es un dispositivo de impacto para el desarrollo industrial ya que
aplicado a la pequeña y mediana industria, los pequeños empresarios podrán trabajar en cualquier zona urbana
de cualquier ciudad del país, produciendo a menor costo el suministro de energía y poniendo en marcha sus
equipos y maquinarias, en forma segura y confiable.

14. En esta época de profundos cambios en todos los ámbitos: social, moral, políticos, económicos, entre otros; cabe
recordar al autor Spencer Johnson, en su libro ¿Quién se ha llevado mi queso? Cuando dice que hay que afrontar
los cambios y sobre ellos tener éxito, moviéndose cuando se mueva el queso; representando este todo lo que
uno quiere tener en la vida y en estos momentos de cambio hay que tener nuevas alternativas, el convertidor de
fase es una alternativa sinónimo de ahorro, confiabilidad y seguridad para una pequeña empresa.
Para el desarrollo del proyecto se ha considerado, la aplicación en la pequeña y mediana industria, el diseño del
convertidor de fase rotativo, como un ingenioso dispositivo que permite utilizar motores trifásicos con líneas de
una red de 220 volts, creando una tercera fase, mediante componentes eléctricos que faciliten la puesta en
marcha de motores trifásicos de cualquier potencia, en forma segura y eficiente.
En los actuales momentos el suministro de energía a nivel nacional ha disminuido en un 10% desde el centro de
generación, debido al bajo caudal de los ríos, algunas turbinas de generación fuera de servicio por
mantenimiento. Actualmente el Ministerio del poder popular de Energía y Minas analiza con las empresas
generadoras y vendedoras de electricidad las formulas para aplicar el racionamiento en el caso que resulte
necesario, es allí donde podemos considerar que el convertidor de fase rotativo puede garantizar una producción
constante puesto que en su red de alimentación solo necesita dos fases y no tres, en lo que en un posible
racionamiento quedaría una fase fuera de servicio, el convertidor de fase rotativo puede poner en marcha los
equipos de la mediana industria sin parar la productividad y al mismo tiempo incrementa el factor de potencia de
la red debido a su construcción.

15. Esta ingeniosa investigación de aplicación en la pequeña y mediana industria, nos permite fomentar la creación de
nuevas industrias, incrementar el desarrollo económico del país y disminuir el índice de desempleo, por lo que el
uso del convertidor de fase rotativo es un equipo diseñado para desarrollar la productividad, en los actuales
momentos donde el país pasa por dificultades energéticas, debido al bajo nivel de embalse en la represa y la
dificultad para conseguir el servicio de electricidad de una red trifásica, que en muchos casos es negada por no
considerar la zona donde se encuentra la pequeña industria no apta para recibir el servicio, la aplicación del
convertidor de fase rotativo brinda una solución a esta interrogante.
El convertidor de fase rotativo es un dispositivo eléctrico de inmediata aplicación, que con solo tener una red de dos
fases y una necesidad de servicio de tres fase, logra poner en marcha los equipos que se desean vincular al
proceso productivo en cualquier pequeña y mediana industria.

16. Alcances y Limitaciones
Alcances
El seleccionar un convertidor de fase rotativo que cumpla con los requerimientos exigidos, es un proceso de dos
pasos:
Determinar la carga.
Diseñar el equipo.
El proyecto se desarrolla en la pequeña y mediana industria, en empresas de fabricación continua e intermitente, como
una forma de erradicar las limitaciones al no contar con una red trifásica de 220 volts, para la puesta en marcha
de motores eléctricos trifásicos.
La limitación que se presenta en las pequeñas y medianas industrias al no tener acceso a una red de energía trifásica,
se supera con la implantación de los convertidores de fase rotativos, ya que cualquier carga movilizada por un
motor que oscile su potencia entre ½ HP y 25 HP dependiendo del tipo de aplicación según la actividad
desarrollada en la industria puede ser operada por un convertidor de fase rotativo.
Según el principio eléctrico que establece que a mayor carga, mayor potencia y a menor carga menor potencia,
lograremos una instalación eficiente determinando la carga que el motor pondrá en funcionamiento; de acuerdo a
las necesidades especificas que desarrolla la industria, estableceremos la potencia que se requiere del motor, a
su vez esta potencia determina cuales serán los componentes del convertidor de fase rotativo que pondrá en
funcionamiento el motor trifásico. El convertidor de fase rotativo como aplicación en la pequeña y mediana
industria puede ser usado a nivel nacional en todos los lugares donde por motivos de ubicación o económicos se
carece de una red de tres fases para el servicio de motores trifásicos.

17. Limitaciones
Para el desarrollo de este trabajo no se han encontrado limitaciones que eviten el desarrollo del
mismo.