Ficha #1 mantenimiento. (Conceptos básicos de máquinas)

1. Conceptos básicos de Maquinas Eléctricas.
1. Onda senoidal
Ondasenoidal representael valorde latensiónde laCorriente alternaatravésde untiempo
continuamente variable,enunparde ejescartesianosmarcadosenamplitudytiempo.Responde
a la corriente de canalizacióngeneradaenlasgrandesplantaseléctricasdel mundo.También
respondenalamismaforma,todas lascorrientesdestinadasagenerarloscampos
electromagnéticosde lasondasde radio.
Forma de onda senoidal
La maneramás prácticade entenderlageneraciónde estaondaesutilizarel “círculo
trigonométrico“,osea,uncírculo centradoenun par de ejescartesianos,conunradioque giraa
velocidadconstante consentidocontrarioalasagujasdel reloj,partiendode laposiciónhorizontal
derecha,de maneraque el ánguloque formacon la horizontal,partiendode 0ºpasa a 90º cuando
estávertical,sigue a180º cuandollegaa horizontal ala izquierda,sigue con270º cuando está
nuevamente vertical perohaciaabajo,yterminaen360º cuando llegaala posicióninicial,osea
horizontal ala derecha.

2. 2. Valor eficaz
En electricidad y electrónica, en corriente alterna, el valor cuadrático medio
(en inglés root mean square, abreviado RMS), de una corriente variable es
denominado valor eficaz. Se define como el valor de una corriente
rigurosamenteconstanteque al circular por una determinada resistencia
óhmica pura producelos mismos efectos caloríficos que dicha corriente
variable (corrientealterna). De esa forma una corriente eficaz es capaz de
producir el mismo trabajo que su valor en corriente directa o continua. Como
se podrá observar derivado delas ecuaciones siguientes, el valor eficaz es
independiente de la frecuencia o periodo de la señal. El valor eficaz de la
corriente alterna senoidal es aquel que equivale al de una corriente
constante que en el mismo tiempo disipe la misma energía
Al ser la intensidad de esta corriente variable una función continua i(t) se
puede calcular:
Donde T es el periodo

3. 3. Armónico o armónica
Un armónico es el resultado de una serie de variaciones adecuadamente
acomodadas en un rango o frecuencia de emisión, denominado paquete de
información o fundamental. Dichos paquetes configuran un ciclo que,
adecuadamente recibido, suministra a su receptor la información de cómo su
sistema puede ofrecer un orden capaz de dotar al medio en el cual expresa
sus propiedades de una armonía. El armónico, por lo tanto es dependiente
de una variación u onda portadora.
Entre mayorfrecuencia,mayorseráladistorsiónde laonda

4. 4. Impedancia
La impedancia (Z) es la medida de oposición que presenta un circuito a una corriente
cuando se aplica una tensión. La impedancia extiende el concepto de resistencia a los
circuitos de corriente alterna (CA), y posee tanto magnitud como fase, a diferencia de la
resistencia, que sólo tiene magnitud. Cuando un circuito es alimentado con corriente
continua (CC), su impedancia es igual a la resistencia; esto último puede ser pensado
como la impedancia con ángulo de fase cero.
Para averiguarla se utiliza la siguiente formula:
Donde Z es impedancia, V el voltaje, I intensidad
El concepto de impedancia tiene especial importancia si la corriente varía en el tiempo, en
cuyo caso las magnitudes se describen con números complejos o funciones del análisis
armónico. Su módulo (a veces inadecuadamente llamado impedancia) establece la
relación entre los valores máximos o los valores eficaces de la tensión y de la corriente. La
parte real de la impedancia es la resistencia y su parte imaginaria es la reactancia.

5. 5. Reactancia capacitiva
Definición: La reactancia capacitiva (XC) es la propiedad que tiene un capacitor para
reducir la corriente en un circuito de corriente alterna.
Al introducir un condensador eléctrico o capacitor en un circuito de corriente alterna, las
placas se cargan y la corriente eléctrica disminuye a cero. Por lo tanto, el capacitor se
comporta como una resistencia aparente. Pero en virtud de que está conectado a
una fem alterna se observa que a medida que la frecuencia de la corriente aumenta, el
efecto de resistencia del capacitor disminuye.
Como un capacitor se diferencia de una resistencia pura por su capacidad para almacenar
cargas, el efecto que produce de reducir la corriente se le da el nombre de reactancia
capacitiva (XC). El valor de ésta en un capacitor varía de manera inversamente
proporcional a la frecuencia de la corriente alterna. Su expresión matemática es:
Donde
Xc = Reactancia capacitiva, en (Ω)Ohmios
π= constante 3,1416 radianes
f = Frecuencia en hertzs.
c= Capacitancia, en Faradios

6. 6. Reactancia inductiva
Definición: lareactanciainductiva(XL) eslacapacidadque tiene uninductorparareducirla
corriente enuncircuitode corriente alterna.
De acuerdocon la Ley de Lenz, la acciónde uninductores tal que se opone a cualquiercambio
enla corriente.Comolacorriente alternacambiaconstantemente,uninductorse opone de igual
maneraa ello,porloque reduce lacorriente enun circuitode corriente alterna.
A medidaque aumentael valorde lainductancia,mayoresla reducciónde lacorriente.De igual
manera,como lascorrientesde altafrecuenciacambianmásrápidoque lasde baja, mientras
mayor seala frecuenciamayorseráel efectode reducción.Donde lacapacidadde uninductor
para reducirlaesdirectamente proporcional alainductanciaya la frecuenciade lacorriente
alterna.Este efectode lainductancia(reducirlacorriente),se puede compararenparte al que
produce una resistencia.Sinembargo,comounaresistenciareal produce energíacaloríficaal
circularuna corriente eléctricaporella,paradiferenciarlasse le denominareactanciainductivaal
efectoprovocadoporla inductancia.
La reactanciade un bobinaes inversamente proporcional adosfactores:lacapacitanciay la
frecuenciadel voltajeaplicado.Suexpresiónmatemáticaes:
Donde
XL = Reactancia capacitiva,en(Ω) Ohmios
π= constante 3,1416 radianes
f = Frecuenciaenhertzs
c= Inductanciaenhenrys

7. 7. Campo magnético
El magnetismo está muy relacionado con la electricidad. El Electromagnetismo
es la parte de la Física que estudia la relación entre corrientes eléctricas y
campos magnéticos. Una carga eléctrica crea a su alrededor un campo eléctrico.
El movimiento de la carga eléctrica produce un campo magnético. Toda carga
eléctrica que se mueve en el entorno de un campo magnético experimenta una
fuerza. Dos cargas eléctricas móviles, no sólo están sometidas a las fuerzas
electrostáticas que se ejercen mutuamente debidas a su carga, sino que además
entre ellas actúan otras fuerzas electromagnéticas que dependen de los valores
de las cargas y de las velocidades de éstas.

8. 8. Densidad de campo magnético
La densidadde flujomagnético,visualmente notada comoB,esel flujomagnéticoporunidadde
área de una secciónnormal a la direccióndel flujo,yesigual ala intensidaddel campomagnético;
La unidadde ladensidadenel SistemaInternacionalde Unidadesesel Tesla.Donde Besla
densidaddel flujo magnéticogeneradoporunacarga “q” que se mueve auna velocidad“v”a una
distancia“r” de la carga, y “ur” esel vectorunitarioque une lacarga con el puntodonde se mide B
(el puntor).
DEFINICIÓN:
La densidaddel flujomagnéticoenunaregiónde uncampomagnéticoequivaleal númerode
líneasde fuerzaque atraviesanperpendicularmente alaunidadde área.Matemáticamente se
expresa:
B = por lo tanto = BA
A
B = Densidaddel flujomagnético
= Flujomagnético
A = área sobre la que actúa el flujo magnético.

9. 9. Intensidad del campo magnético
Los camposmagnéticosgeneradosporlascorrientesyque se calculanpor la ley de Ampere o
la ley de Biot-Savart,se caracterizanpor el campo magnético B medidoenTeslas.Pero
cuandolos campos generadospasana travésde materiales magnéticos que porsí mismo
contribuyenconsuscamposmagnéticosinternos,surgenambigüedadessobre que parte del
campo proviene de lascorrientesexternas,yque parte laproporcionael material ensí.Como
prática comúnse ha definidootracantidadde campomagnético,llamadausualmente "intensidad
de campo magnético",designadaporlaletraH. Se define porlarelación
H = B0/μ0 = B/μ0 – M
y tiene unvalorque designade formainequívoca,lainfluenciaque ejerce lacorriente externaen
la creacióndel campomagnéticodel material,independientementede larespuestamagnéticadel
material.Larelaciónde B se puede escribirde formaequivalente
B = μ0(H + M)
H y M tendránlas mismasunidades,amperios/metro.Para distinguiraúnmas B de H, a vecesse le
llamaa B densidadde flujomagnéticooinducciónmagnética.A lacantidadMen estasfórmulas,
se le llama magnetización del material.
Otro usocomún para la relaciónentre By H es
B = μmH
donde
μ = μm = Kmμ0
siendoμ0 la permeabilidad magnéticadel vacío y Km la permeabilidad relativa del
material.Si el material noresponde al campomagnéticoexterno,noproduciendoninguna
magnetización,entoncesKm =1. Otro cantidadmagnéticacomúnmente usadaeslasusceptibilidad
magnética,lacual especificaencuantodifierede 1,la permeabilidadrelativa.

10. 10. Flujo de campo magnético
El flujo magnético (representado por la letra griega fi Φ), es una medida de la cantidad
de magnetismo, y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y
el ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes
elementos de dicha superficie. La unidad de flujo magnético en el Sistema Internacional de
Unidades es el weber y se designa por Wb (motivo por el cual se conocen
como weberímetros los aparatos empleados para medir el flujo magnético). En el sistema
cegesimal se utiliza el maxwell (1 weber =108 maxwells).
[Wb]=[V]·[s]1
X
Flujo magnético por una espira.
Si el campo magnético B es vector paralelo al vector superficie de área S, el flujo Φ que pasa
a través de dicha área es simplemente el producto del valor absoluto de ambos vectores:
, ………………………………………………………………………………………………………………………………………
En muchos casos el campo magnético no será normal a la superficie, sino que forma un
ángulo con la normal, por lo que podemos generalizar un poco más tomando vectores:
Vectores normales a una superficie dada.
Generalizando aún más, podemos tener en cuenta una superficie irregular atravesada por un
campo magnético heterogéneo. De esta manera, tenemos que considerar cada diferencial de
área:
Se denomina flujo magnético a la cantidad de líneas de fuerza que pasan por un circuito
magnético.

11. 11. Permeabilidad
En física se denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia o medio
para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos, la cual está dada por la
relación entre la inducción magnética existente y la intensidad que aparece en el interior de
dicho material.
La magnitud así definida, el grado de magnetización de un material en respuesta a un campo
magnético, se denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por el símbolo μ:
donde B es la inducción magnética (también llamada densidad de flujo magnético) en el
material, y H es intensidad de campo magnético.

12. 12. Fuerza de Lorenz
Cuandouna carga eléctricaenmovimiento,se desplazaenunazonadonde existe uncampo
magnético,ademásde losefectosregidosporlaleyde Coulomb,se ve sometidaalaacción de una
fuerza.
Supongamosque unacarga Q, que se desplazaauna velocidad v,enel interiorde uncampo
magnéticoB.Este campo generaque aparezcauna fuerza F,que actúa sobre lacarga Q, de
maneraque podemosevaluardichafuerzaporlaexpresión:
Comola fuerzaesel resultadode unproductovectorial,seráperpendicularalosfactores,esdecir,
a la velocidadyal campo magnético.Al serperpendicularalavelocidadde lacarga, tambiénloes
a su trayectoria,porlo cuál dicha fuerzanorealizatrabajosobre la carga, loque supone que no
hay cambiode energíacinética,olo que eslo mismo,nocambiael módulode lavelocidad.La
únicaacción que se origina,cuandola partícula entra enel campo magnético,esunavariaciónde
la direcciónde lavelocidad,manteniéndoseconstante el módulo.

13. 13. Voltaje inducido
Como cada espira de la bobina de la armadura se mueve de una parte del campo a otra,
eslabona un numero diferente de líneas de flujo, en este cambio en los eslabonamientos
de flujo que induce un voltaje en el conductor, el voltaje mas grande se induce en el
instante que este cambio es el mayor, esto es, el instante en el que el conductor corta el
campo en ángulo recto.
En la medida que el rotor gira a una velocidad constante, se induce una onda senoidal de
voltaje, el valor de este voltaje depende de la velocidad del rotor, a mayor rapidez el
voltaje es mayor.
El valor del voltaje depende también de la intensidad del campo magnético, a mayor
intensidad de campo, mayor voltaje inducido.

14. 14. Dirección de campo magnético en un conductor
El valor o intensidad de dicho campo magnético puede medirse mediante el llamado vector de
inducción magnética B, a veces llamado simplemente "campo magnético", que estará
relacionado con la fuerza F y la velocidad v medida por dicho observador en el punto P: Si se
varía la dirección de v por P, sin cambiar su magnitud, se encuentra, en general, que la
magnitud de F varía, si bien se conserva perpendicular a v . A partir de la observación de una
pequeña carga eléctrica de prueba puede determinarse la dirección y módulo de dicho vector
del siguiente modo:
 La dirección del "campo magnético" se define operacionalmente del siguiente modo. Para
una cierta dirección de v, la fuerza F se anula. Se define esta dirección como la de B.
 Una vez encontrada esta dirección el módulo del "campo magnético" puede encontrarse
fácilmente ya que es posible orientar a v de tal manera que la carga de prueba se
desplace perpendicularmente aB. Se encuentra, entonces, que la F es máxima y se define
la magnitud de B determinando el valor de esa fuerza máxima:

15. 15. Histéresis
El fenómeno de la histéresis magnética:
El es estudio de la histéresis tiene gran importancia en los materiales
magnéticos ya que produce perdidas en los núcleos de los electroimanes
cuando se someten a campos magnéticos alternos. El calor asi generado
reduce el rendimiento de los dispositivos con circuitos magnéticos como
transformadores,generadores, etc…
En general, la histéresis magnética es el fenómeno de inercia por el cual un
material ofreceresistencia a un cambio, tiene una tendencia a conservar sus
propiedades. Haciendo que el proceso de variación sea distinto en un sentido
que en el contrario.

16. 16. Corrientes de Foucault
esun fenómeno eléctrico descubiertoporel físicofrancés Léon Foucault en 1851.Se produce
cuandoun conductor atraviesaun campo magnético variable,oviceversa.El movimientorelativo
causa una circulaciónde electrones,ocorriente inducidadentrodelconductor.Estascorrientes
circularesde Foucaultcrean electroimanes con campos magnéticos que se oponenal efecto
del campo magnético aplicado.Cuantomásfuerte seael campo magnético aplicado, o mayorla
conductividad del conductor,omayorlavelocidadrelativade movimiento,mayoresseránlas
corrientesde Foucaultyloscamposopositoresgenerados.
En losnúcleosde bobinasytransformadoresse generantensionesinducidasdebidoalas
variacionesde flujomagnéticoaque se sometenaquellosnúcleos.Estastensionesinducidasson
causa de que se produzcancorrientesparásitasenel núcleo(llamadascorrientesde Foucault),que
no sonóptimaspara la buenaeficienciaeléctricade éste.

17. 17. Fuerza
En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la Intensidad del intercambio
de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica,
fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los
materiales.
La unidad de medida de fuerza es el newton que se representa con el símbolo: N ,
nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a
la mecánica clásica.

18. 18. Momento de torsión
El movimiento de torsión es un giro o vuelta que tiende a producir rotación.
Las aplicaciones se encuentran en muchas herramientas comunes en el hogar
o la industria donde es necesario girar, apretar o aflojar dispositivos.
El movimiento de torsión se determina por 3 factores:
 La magnitud de la fuerza aplicada.
 La dirección de la fuerza aplicada.
 La ubicación de la fuerza aplicada.
Unidades para el movimiento de torsión :
El movimiento de torsión es proporcionala la magnitud de F y a la distancia r
desde el eje. Por tanto, una formula tentativa puede ser:
t= Fr

19. 19. Trabajo mecánico
Cuando sobre un sistema mecánico se aplica una fuerza neta y esta produce desplazamiento,
entonces se dice que esa fuerza efectúa un trabajo mecánico (w), el cual puede ser positivo si el
sistema gana energía o negativo si el sistema pierde energía.
En el S.I se mide en Joule y comúnmente se usa otra unidad llamada caloría, para referirse al
trabajo mecánico.
1 Joule = 1 Newton · 1 metro = kg m²/s²
4,18 Joule = 1 Cal

20. 20. Potencia
Potencia es la capacidad de realizar trabajo. Esta dada por la ecuación:
P=W/t
Donde
P= potencia (W)
W= trabajo realizado (J)
t= tiempo en que se realiza el trabajo (s)
La unidad de potencia es el wats (W) A menudo se utiliza el kilowatt (kW), que es igual a
1000W. En ocasiones, el rendimiento o eficiencia de potencia de los motores se expresa en
unidades de caballo de fuerza (hp). Un caballo de fuerza es igual a 746 W. Corresponde al
rendimiento de potencia promedio de un caballo de tiro.

21. 21. Potencia de un motor
La potenciaestrabajomecánicoque incorporaensuvalorel parámetrotiempo.Esdecir,la
potenciase expresaconunnúmeroque cuantificael trabajoefectuadodurante unlapsode
tiempo.Mientrasmásrápidose realizael trabajo la potenciaque se desarrolla esmayor.
La medidaoriginal de potenciase expresaencaballosde fuerzaoPS(Pferdestärke),yprovienedel
sistemamétricoalemán.
El valorde 1 PS equivalealevantar75 kilógramosa 1 metrode alturaen 1 segundo,(75 kg x
metro/segundo).Suequivalenciaenel sistemade medidainglésesel HP(Horsepower). El valorde
un PSse diferencialevementedel HP:1 PS = 0.9858 HP.
1 HP esigual a levantar550 librasa 1 pie de alturaen 1 segundo. Lacapacidadde ejercertorque y
potenciaenunmotor eslimitada.Dependede lafuerzade expansiónque logranlosgasesenel
cilindro.El torque máximose consigue cuandoel rendimientovolumétrico (% de llenadode los
cilindros) esmáximo.
La potenciaentérminosgenerales,expresalacapacidad para ejecutaruntrabajoen el menor
tiempoposible.Unafuente de energíaque puede mover1kg de pesopor una distanciade 1
metroenun sólosegundoesmás'potente'que otra capaz de desplazarel mismopesoen2
segundos.

22. 22. Transformación de energía en una maquina
La energía puede existir en una de las siguientes formas:
 Energía mecánica (la energía potencial acumulada en un resorte o la energía
cinética de un auto en movimiento)
 Energía térmica (el calor liberado por una estufa, por fricción o por el sol)
 Energía química (la energía contenida en la dinamita, en el carbón o en una
batería de almacenamiento eléctrico)
 Energía eléctrica (la energía producida por un generador o por iluminación)
 Energía atómica (la energía liberada cuando el núcleo de un átomo es
modificado)
Aunque la energía no se puede crear ni se puede destruir, puede convertirse de una forma
a otra por medio de los dispositivos o maquinas apropiadas. Por ejemplo, la energía
química contenida en el carbón se puede transformar en energía térmica quemando el
carbón en un horno.
Desafortunadamente, siempre que se transforma energía el rendimiento siempre es
menor que la energía alimentada porque todas las maquinas sufren pérdidas. Estas
pérdidas aparecen en forma de calor, el cual eleva la temperatura de la máquina. Por lo
tanto, una parte de energía eléctrica suministrada a un motor se dispara como calor en los
devanados. Además una parte de su energía mecánica también se pierde, debido a la
fricción de rodamiento y la turbulencia de aire creada por el ventilador de enfriamiento.
Las pérdidas mecánicas también se transforman en calor. Por consiguiente, el rendimiento
de potencia mecánica útil de un motor es menor que la energía eléctrica alimentada.

23. 23. Eficiencia de las maquinas
La eficienciade unamaquinaestádadapor la ecuación:
La eficienciaesparticularmentebajacuandolaenergíatérmicase convierte enenegia mecánica.
Por lotanto,la eficienciade lasturbinasde vaporva de 25 a 40 por ciento,mientrasque lade los
motoresde combustióninterna(motoresautomotrices,motoresdiesel) oscilaentre 15 y30 por
ciento.Paraentenderque tanbajasson estaseficiencias,debemosrecordarque unamaquinaque
tiene unaeficienciade 20%pierde,enformade calor,80 por cientode la energíaque recibe.
Los motoreseléctricostransformanlaenergíaeléctricaenmecánicaconmucha maseficiencia.Su
eficienciaoscilaentre 75y 98%, segúnel tamañodel motor.

24. Mapa Mental Maquinas Eléctricas