fichas de aprendizaje 1 de mante

1. FUNDAMENTOS DE
MAQUINAS
ELECTRICAS
ARMANDO FALLAS RAMÍREZ.

2. Onda Senoidal
*Llamamos onda senoidal a la señal
de corriente alterna que varia a
través del tiempo. Es decir, que tiene
un semiciclo positivo y un semiciclo
negativo.
*Las ondas senoidales pueden ser
modificadas o pueden ser
retardadas.
*Están comprendidas entre un valor
pico negativo(punto mas bajo) y un
valor pico positivo(punto mas alto).

3. Valor Eficaz.
 Se define como el valor de una
corriente rigurosamente constante
que al circular por una
determinada resistencia óhmica
pura produce los mismos efectos
caloríficos que dicha corriente
variable(corriente alterna).
 En el caso de la corriente
sinusoidal con una amplitud o de
pico, el valor eficaz es el siguiente:

4. Valor RMS.
 El valor RMS es el valor del voltaje
o corriente en C.A. que produce
el mismo efecto de disipación de
calor que su equivalente de
voltaje o corriente directa.
 El valor efectivo de una onda
alterna se obtiene multiplicando
su valor máximo por 0.707.

5. Armónico o Armónica.
 En mecánica ondulatoria, 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.
 En acústica y telecomunicaciones, un armónico de una onda es un
componente sinusoidal de una señal.
 En sistemas eléctricos de corriente alterna los armónicos son frecuencias
múltiplos de la frecuencia fundamental de trabajo del sistema y cuya amplitud
va decreciendo conforme aumenta el múltiplo.

6. 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.
 Por definición, la impedancia es la relación (cociente) entre el fasor tensión y el fasor intensidad de
corriente:
 Z= frac{V}{I}
 Donde Z es la impedancia, V es el fasor tensión e I corresponde al fasor corriente.
 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.
 El concepto de impedancia permite generalizar la ley de Ohm en el estudio de circuitos en
corriente alterna (CA), dando lugar a la llamada ley de Ohm de corriente alterna que indica:
 I= frac{V}{Z}

7. Reactancia Capacitiva y
Reactancia Inductiva.
 En electrónica se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la
corriente alterna por inductores (bobinas) o condensadores y se mide en Ohmios.
Los otros dos tipos básicos de componentes de los circuitos, transistores y resistores,
no presentan reactancia.
 Cuando circula corriente alterna por alguno de estos dos elementos que contienen
reactancia la energía es alternativamente almacenada y liberada en forma de
campo magnético, en el caso de las bobinas, o de campo eléctrico, en el caso de
los condensadores. Esto produce un adelanto o atraso entre la onda de corriente y
la onda de tensión. Este desfasaje hace disminuir la potencia entregada a una
carga resistiva conectada luego de la reactancia sin consumir energía.
 la reactancia capacitiva es el tipo de reactancia que se opone al cambio del
voltaje por lo cual se dice que la corriente (i) adelanta al voltaje (v) por 90°, por lo
cual al representar este defasamiento en un diagrama de onda senoidal y/o de
fasores la corriente irá 90° adelante del voltaje
 en la reactancia inductiva es lo contrario a la capacitiva, en este caso la corriente
será la que sea adelantada por el voltaje puesto que la reactancia inductiva se
opone a los cambios de voltaje.

8. Campo Magnético.
 Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia
magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El
campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la
dirección y la magnitud; de tal forma que es un campo vectorial.
Específicamente, el campo magnético es un vector axial, como lo son los
momentos mecánicos y los campos rotacionales. El campo magnético es más
comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas
eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy
relacionados símbolos B y H.
 Los campos magnéticos son producidos por cualquier carga eléctrica en
movimiento y el momento magnético intrínseco de las partículas elementales
asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín. En la relatividad
especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados
de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan
información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La
interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como
transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.

9. Intensidad De Campo Magnética.
 Esto demuestra que cuando un conductor es atravesado por
 una corriente eléctrica, a su alrededor aparece un campo
 magnético. Observando el espectro del campo magnético se
 puede apreciar que las líneas de fuerza toman la forma de círculos
 concéntricos que se cierran a lo largo de todo el conductor.
 Si situamos varias agujas imantadas alrededor del conductor,
 podremos observar que su orientación depende del sentido de la
 corriente. Para determinar el sentido de las líneas de fuerza de
 una forma sencilla, se aplica la regla del sacacorchos o de
 Maxwell que dice así: El sentido de las líneas de fuerza,
 concéntricas al conductor, es el que indicaría el giro de un
 sacacorchos que avanzase en el mismo sentido que la corriente

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

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 de campo magnético
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:
 mu = frac {B} {H},
 donde B es la inducción magnética (también llamada densidad de
flujo magnético) en el material, y H es intensidad de campo
magnético.

12. Fuerza De Lorenz.
 En física, la fuerza de Lorentz es la fuerza ejercida por el campo
electromagnético que recibe una partícula cargada o una
corriente eléctrica.

13. Voltaje Inducido En Un Conductor.
 El voltaje inducido (mas llamado fuerza electromotriz: FEM)
(representado Vε) es toda causa capaz de mantener una
diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o
de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una
característica de cada generador eléctrico. Con carácter general
puede explicarse por la existencia de un campo electromotor Vε
cuya circulación, int_S Vε ds ,, define el voltaje inducido del
generador.

14. Dirección De Fuerza Del Campo
Magnético En Un Conductor
Recto.
 Toda carga en movimiento crea en el espacio que la rodea un campo magnético. Una segunda carga
móvil que se encontrara en las cercanías de la primera sufriría la acción de una fuerza que sería la suma
de las fuerzas eléctricas y magnéticas.
 Las primeras observaciones que se realizaron sobre campos magnéticos creados por las corrientes
eléctricas fueron realizadas por Oersted al observar como una aguja imantada se orientaba
perpendicularmente a un conductor que era atravesado por una intensidad de corriente i.
 Posteriormente fueron Biot y Savart y también Ampère quienes establecieron el valor de la inducción del
campo magnético en un punto situado en las cercanías de un conductor recorrido por una intensidad
de corriente.
 Para ello consideramos al conductor dividido en partes de longitud diferencial (dl), en cada uno de
estos elementos del conductor hay cargas móviles que originan un campo magnético. El vector
inducción total en un punto será la suma de todos los vectores diferenciales inducción de campo
originados por cada elemento del conductor.


15. Histéresis.
 La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus
propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado.
Podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenómeno.
Por extensión se aplica a fenómenos que no dependen sólo de las
circunstancias actuales, sino también de cómo se ha llegado a
esas circunstancias.

16. Corrientes Parasitas O De Foucault.
 La corriente de Foucault (corriente parásita también conocida como "corrientes torbellino", o Eddy currents en inglés) es un
fenómeno eléctrico descubierto por el físico francés León Foucault en 1851. Se produce cuando un conductor atraviesa un
campo magnético variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida
dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen
al efecto del campo magnético aplicado (ver Ley de Lenz). Cuanto más fuerte sea el campo magnético aplicado, o
mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las corrientes de
Foucault y los campos opositores generados.
 En los núcleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a
que se someten aquellos núcleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el
núcleo (llamadas corrientes de Foucault), que no son óptimas para la buena eficiencia eléctrica de éste.
 Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. Más concretamente, dichas corrientes
transforman formas útiles de energía, como la cinética, en calor no deseado, por lo que generalmente es un efecto inútil,
cuando no perjudicial. A su vez disminuyen la eficiencia de muchos dispositivos que usan campos magnéticos variables,
como los transformadores de núcleo de hierro y los motores eléctricos. Estas pérdidas son minimizadas utilizando núcleos
con materiales magnéticos que tengan baja conductividad eléctrica (como por ejemplo ferrita) o utilizando delgadas
hojas de acero eléctrico, apiladas pero separadas entre sí mediante un barniz aislante u oxidadas tal que queden
mutuamente aisladas eléctricamente. Los electrones no pueden atravesar la capa aislante entre los laminados y, por lo
tanto, no pueden circular en arcos abiertos. Se acumulan cargas en los extremos del laminado, en un proceso análogo al
efecto Hall, produciendo campos eléctricos que se oponen a una mayor acumulación de cargas y a su vez eliminando las
corrientes de Foucault. Cuanto más corta sea la distancia entre laminados adyacentes (por ejemplo, cuanto mayor sea el
número de laminados por unidad de área, perpendicular al campo aplicado), mayor será la eliminación de las corrientes
de Foucault y, por lo tanto, menor el calentamiento del núcleo.

17. Momento De Torsión.
 El módulo de torsión o momento de torsión (o inercia torsional) es una propiedad geométrica de la sección transversal de una viga o
prisma mecánico que relaciona la magnitud del momento torsor con las tensiones tangenciales sobre la sección transversal. Dicho
módulo se designa por J y aparece en las ecuaciones que relacionan las tensiones tangenciales asociadas, el momento torsor (Mx) y la
función del alabeo unitario (ω), esa relación viene dada aproximadamente por las dos ecuaciones siguientes:
 tildetau_{xy} = left[cfrac{part omega}{part y}-(z-z)right]cfrac{Mx}{J} qquad qquad tildetau_{xz} = left[cfrac{part
omega}{part z}+(y-y_right]cfrac{}{J}
 Y donde (y_C,z_C) son las coordenadas del centro de cortante de la sección.
 Pieza de sección rectangular torsionada.
 Para una pieza prismática recta de sección constante torsionada aplicando un momento torsor T constante a través de sus extremos el
módulo de torsión se relaciona con el ángulo girado theta y la longitud total de la pieza mediante la expresión:
 J = frac{TL}{Gtheta}
 donde G es el módulo de elasticidad transversal del material de la pieza.

18. Trabajo Mecánico.
 En mecánica clásica, se dice que una fuerza realiza trabajo
cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de
la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria
para desplazarlo1 de manera acelerada. El trabajo es una
magnitud física escalar que se representa con la letra W (del
inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o
joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.
 Ya que por definición el trabajo es un tránsito de energía,2 nunca
se refiere a él como incremento de trabajo, ni se simboliza como
ΔW.

19. Potencia.
 La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es
decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo
determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).
 Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un
trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas
maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido
(altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por
la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células
fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.
 La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-
hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los
hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La
potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la
tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de
dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso
de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.

20. Potencia De Un Motor.
 La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía
entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el
vatio (watt).
 Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o
termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara
incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir
mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células
fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.
 La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las
empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen
en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la
tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores,
esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el
cristal.
El par motor o torque es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia. La potencia desarrollada
por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisión, viniendo dada por:
P = M ,omega ,!
donde:
P,! es la potencia (en W)
M,! es el par motor (en N·m)
omega ,! es la velocidad angular (en rad/s)

21. Transformacion De Energia En Una
Maquina.
 La electricidad se entiende como el movimiento de los electrones.
Para que los electrones se pongan en movimiento, es necesario un
aparato llamado generador. Los generadores electromagnéticos
son máquinas capaces de transformar la energía mecánica en
eléctrica. Los electrones circulan por cables conectados al
generador y llevan la electricidad desde los generadores hasta tu
casa.
 Los motores eléctricos son capaces de transformar la energía
eléctrica en mecánica. Son ampliamente utilizados en taladros,
ventiladores, máquinas de afeitar, máquinas de coser, etc.

22. Eficiencia De Las Maquinas.
 La idea de rendimiento va unida a la de trabajo, cuando una máquina se usa para transformar, energía mecánica en
energía eléctrica o energía térmica en energía mecánica, su rendimiento puede definirse como la razón entre el trabajo
que sale (trabajo útil) y el que entra(trabajo producido), o como la razón entre la potencia que sale y la que entra, o como
la razón entre la energía que sale y entra
 El rendimiento mecánico en una máquina ideal es 1 (u= 0 ) porque no existe rozamiento y el trabajo útil es igual al trabajo
producido.(potencia de salida igual a la potencia de entrada).
 El rendimiento mecánico en una “máquina real” (u>0) es siempre menor que 1, debido a las perdidas d energía por el
rozamiento interno que surge durante su funcionamiento de la máquina. Generalmente se multiplica por 100, para que el
rendimiento se exprese en porcentaje.
 El rendimiento total de un número de máquinas colocadas en serie es igual al producto de sus rendimientos individuales.
 La eficiencia comprende el trabajo, la energía y/o la potencia . Las máquinas sencillas o complejas que realizan trabajo
tiene partes mecánicas que se mueven, de cómo que siempre se pierde algo de energía debido a la fricción o alguna otra
causa. Así, no toda la energía absorbida realiza trabajo útil. La eficiencia mecánica es una medida de lo que se obtiene a
partir de lo que se invierte , esto es, el trabajo útil generado por la energía suministrada .

23. ¿Qué es una maquina eléctrica?
 Una máquina eléctrica es un dispositivo capaz de transformar cualquier forma de energía en energía eléctrica o a la
inversa y también se incluyen en esta definición las máquinas que trasforman la electricidad en la misma forma de energía
pero con una presentación distinta más conveniente a su transporte o utilización. Se clasifican en tres grandes grupos:
generadores, motores y transformadores.1
 Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, mientras que los motores transforman la energía eléctrica en
mecánica haciendo girar un eje. El motor se puede clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna.
Los transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus características.
 Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se
llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce los amperivueltas necesarios para crear el
flujo establecido en el conjunto de la máquina.
 Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en rotativas y estáticas. Las máquinas rotativas
están provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de
partes móviles, como los transformadores.
 En las máquinas rotativas hay una parte fija llamada estátor y una parte móvil llamada rotor. Normalmente el rotor gira en
el interior del estátor. Al espacio de aire existente entre ambos se le denomina entrehierro. Los motores y generadores
eléctricos son el ejemplo más simple de una máquina rotativa.

24. Importancia De Las Maquinas
Eléctricas.
 La importancia indiscutible de las máquinas eléctricas en el mundo en que vivimos es indiscutible. Desde el transformador que nos
permite disfrutar de electricidad en casi cualquier rincón del planeta, hasta el motor del coche eléctrico de última generación; las
máquinas eléctricas nos llevan acompañando y facilitando la vida durante muchos años y las perspectivas de futuro, con las
estrategias de electrificación de los países desarrollados, apuntan a que serán todavía muchos más.
 En los apuntes de aquí debajo nos centramos tan sólo en los transformadores, con un detalle insuficiente para la ingeniería, pero que
puede resultar esclarecedor en algún concepto, y una leve caricia de la temática de máquinas eléctricas rotativas.
 19. El transformador: estudiamos el comportamiento del transformador monofásico analizando sus principios de funcionamiento y las
pérdidas de energía que se producen en él.
 20. Máquinas eléctricas rotativas: en este capítulo introductorio a las máquinas eléctricas rotativas nos remontamos a sus principios
físicos y realizamos un balance de pérdidas, repasamos el concepto de par motor y terminamos mencionando la estabilidad de una
máquina de este tipo.
 21. MER de corriente continua: estudiamos el porqué se mueven los motores eléctricos y que leyes rigen ese funcionamiento, así como
su eficiencia en términos de pérdida de potencia, así mismo repasamos algunos conceptos útiles como el de inversión de giro o
frenado.
 22. MER de corriente alterna: en este tema se trata de imbuir un mínimo conocimiento sobre qué son, cómo funcionan y qué balance
de potencias tienen los motores eléctricos con alimentación alterna.
 Quiero recordar que estos apuntes son de hace un millón de años y que, por tanto, es probable que contengan erratas y errores. Si
alguien detecta alguno, por favor, que deje constancia de ello para poder advertir a quienes vengan detrás.
 Por último, afianzar la idea de que estos apuntes no son más que una escueta introducción al estudio de las máquinas eléctricas. Todo
aquel que desee profundizar más le remito al libro de la asignatura o a un libro especializado en máquinas eléctricas.