Este documento presenta conceptos básicos sobre ondas senoidales, valor eficaz, armónicos, impedancia, reactancia capacitiva, reactancia inductiva, campo magnético, densidad de campo magnético, intensidad de campo magnético, flujo de campo magnético, permeabilidad, fuerza de Lorentz, voltaje inducido, dirección de la fuerza del campo magnético, histéresis, corrientes parasitas, fuerza y momento de torsión. Explica estos conceptos fundamentales de las máquinas eléctricas a través de definic

1. Conceptos Básicos de las Maquinas
Eléctricas
 Vocacional Monseñor Sanabria.
 Electrotecnia.
 Mantenimiento de Maquinas Eléctricas
 Ficha de Aprendizaje: Fundamentos de Maquinas Eléctricas.
 Alumno: Marvin Daniel Arley Castro.
 Sección: 11-9.
 2014.

2. Onda Senoidal
 Una onda senoidal es una señal de corriente alterna que varia a través del tiempo.
Ósea cada cierto tiempo ella va a cambiar su polaridad siendo negativa o positiva .
Esta comprendida por dos niveles de voltaje un pico negativo y pico positivo cuya
suma dará un Voltaje pico pico "Vpp" de la onda sinusoidal y dividiendo eso entre
dos ( la mitad ) conoceremos el valor del pico positivo y el negativo que seria la
amplitud de la onda.
 Cada cierto tiempo lo cual es conocido como periodo y se mide en segundos y el
inverso de esto se denomina frecuencia, mientras mayor sea la frecuencia mas
rápido ira la onda (mas rápido cambiara de polaridad) a pesar de que una onda
sinusoidal cambia su polaridad constantemente. El flujo de esta corriente por
cualquier conductor ira siempre en sentido positivo de - a +.

3. Valor Eficaz o RMS
 Es el valor de la tensión en corriente continua que se produce
sobre una resistencia la misma disipación de potencia que la onda.
También se define como una medida del efecto de calentamiento
del voltaje de Ca comparado con el de un voltaje de Cd
equivalente.
 También un valor en RMS de una corriente es el valor, que produce
la misma disipación de calor que una corriente continua de la
misma magnitud.
 El valor efectivo de una onda alterna se obtiene multiplicando su
valor máximo por 0.707. Entonces VRMS = VPICO x 0.707

4. Armónico o Armónica
 Un armónico es cualquier voltaje o corriente cuya
frecuencia es un múltiplo entero de (2, 3, 4, etc., veces) la
frecuencia de línea. Considere un conjunto de ondas
senoidales en el que la frecuencia más baja es f y todas las
demás son múltiplos enteros de f. Por definición, la onda
seno que tiene la frecuencia más baja recibe el nombre de
fundamental y las otras el de armónicos.
La siguiente figura muestra la resultante de
la superposición de distintos armónicos de
una serie.
Esta imagen muestra la resultante de
superponer el segundo y el tercer armónico
de una seria, es decir dos sonidos separados
por un intervalo de quinta.
Resultante de la superposición del
segundo y tercer armónico:

5. Impedancia
 La impedancia (Z) es la medida de oposición que presenta
un circuito a una corriente cuando se aplica un voltaje. La
impedancia extiende el concepto de resistencia a los
circuitos de corriente alterna (CA), y posee tanto en
magnitud y fase, a diferencia de la resistencia, que sólo
tiene magnitud. Cuando un circuito es accionado con
corriente continua (CC), no hay distinción entre la
impedancia y la resistencia; este último puede ser pensado
como la impedancia con ángulo de fase cero.

6. Reactancia Capacitiva
 Se puede definir como la posición de un capacitor a
la corriente sinusoidal, la unidad es el ohm. 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 desfasamiento en un
diagrama de onda senoidal o de fasores la corriente
irá 90° adelante del voltaje .

7. Reactancia Inductiva
 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. La reactancia inductiva es la oposición
o resistencia de un inductor al flujo de la corriente
sinusoidal por un circuito eléctrico cerrado las bobinas o
enrollados hechos con alambre de cobre, ampliamente
utilizados en motores eléctricos, transformadores de
tensión o voltaje y otros dispositivos. Esta reactancia
representa una “carga inductiva” para el circuito de
corriente alterna donde se encuentra conectada.

8. Campo Magnético
 Consiste en líneas de fuerza que se irradian desde le
polo norte (N) hasta el polo sur (S) y de regreso al polo
norte a través del material magnético en un imán o
material con flujo magnético.

9. Densidad de Campo Magnético
 Es la cantidad de flujo por unidad de área
perpendicular al campo magnético. Se simboliza
mediante B, y su unidad SI es el tesla (T) , un tesla
es un weber por metro cuadrado.

10. Intensidad de Campo Magnética
 También llamada fuerza magnetizante en un material
se define como la fuerza magnetomotriz por unidad de
longitud del material. La intensidad de campo
magnético (H) es el ampere vueltas por metro.

11. Flujo de Campo Magnético
 Es el grupo de líneas de fuerza que van del polo norte
al polo sur de un imán, simbolizado mediante la letra
griega fi (Φ). El numero de líneas de fuerza presentes
en un campo magnético determina el valor del flujo,
mientras mas líneas de fuerza haya, mas grande es el
flujo y mas intenso el campo magnético. La unidad de
flujo magnético es el weber.

12. Permeabilidad
 La permeabilidad (μ) relación entre la densidad de
flujo en el material y la densidad de flujo que se
produciría en el vacío, bajo la misma intensidad de
campo magnético H.
 También la permeabilidad relativa (μr) es la
facilidad con con que un campo magnético puede
ser establecido en un material dado que se mide
mediante la permeabilidad de dicho material.

13. Fuerza de Lorentz
 Cuando un conductor que transporta corriente se coloca en
un campo magnético, se somete a una fuerza llamada
fuerza electromagnética o fuerza de Lorentz. Esta fuerza es
de fundamental importancia porque constituye la base de
operación de motores, generadores y de muchos
instrumentos eléctricos. La magnitud de la fuerza depende
de la orientación del conductor con respecto a la dirección
del campo. La fuerza es mayor cuando el conductor es
perpendicular al campo y cero cuando es paralelo a él.
Entre estos dos extremos, la fuerza tiene valores
intermedios.
Trayectoria bajo la
fuerza de Lorentz de
una partícula cargada
en un campo
magnético constante,
según el signo de la
carga eléctrica.

14. Voltaje Inducido en un Conductor
 Por ejemplo al mover un imán a través de una bobina
de alambre se inducia voltaje en la bobina, y cuando se
proporcionaba una trayectoria completa, el voltaje
inducido provocaba una corriente inducida, esto lo
descubrió Michael Faraday ( Principio de Inducción
Magnética), esto se observa en la imagen.
 También esta la ley de Faraday: El voltaje inducido a
través de una bobina de alambre es igual al numero de
vueltas que hay en la bobina multiplicado por la
velocidad de flujo magnético.

15. Dirección de Fuerza del Campo Magnético
en un Conductor Recto
 Siempre que un conductor transporta corriente, está rodeado por un campo magnético.
Las líneas circulares de fuerza tienen la dirección que se muestra en la primer figura de la
imagen. La misma figura muestra el campo magnético creado entre los polos N y S de un
poderoso imán permanente. Desde luego, el campo magnético no tiene la forma que se
muestra en la figura, porque las líneas de fuerza nunca se cruzan entre sí. ¿Cuál es,
entonces, la forma del campo resultante?
 Para responder la pregunta, observamos que las líneas de fuerza creadas
respectivamente por el conductor y el imán permanente actúan en la misma dirección
arriba del conductor y en dirección opuesta debajo de él. Por consiguiente, el número de
líneas que hay arriba del conductor debe ser mayor que el número que hay debajo. En
consecuencia, el campo magnético resultante tiene la forma que se muestra en la
segunda figura. Recordando que las líneas de flujo actúan como bandas elásticas
estiradas, es fácil visualizar que una fuerza actúa sobre el conductor empujándolo hacia
abajo.
Imagen
Primera figura. Campo magnético producido
por un imán y un conductor.
Segunda Figura. El campo magnético
resultante empuja el conductor hacia abajo.

16. Histéresis Característica de un material magnético por la la cual un
cambio en la magnetización retrasa la aplicación de la
intensidad del flujo magnético. La intensidad de campo
magnético (H) puede ser incrementada o reducida con facilidad
variando la corriente a través de la bobina de alambre, y puede
ser invertida invirtiendo la polaridad del voltaje presente en la
bobina, esto se ve representado en el desarrollo de la curva de
histéresis.

17. Corrientes Parasitas o de Foucault
 Son las corrientes inducidas en el cuerpo conductor por la
variación en el flujo magnético. El resultado es la aparición de
una f.e.m. que hace circular una corriente en el material
conductor. En los núcleos de transformadores y bobinas se
generan estas tensiones que son inducidas debido a las
variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos
núcleos.
Concepto: La corriente
de Foucault: Son
Corrientes alternas de
trayectorias cerradas
inducidas en las piezas
metálicas debido a la
acción sobre estas de un
campo magnético de flujo
variable, Fueron
descubiertas por el físico
francés Léon Foucault.

18. Fuerza
 La fuerza más conocida es la fuerza de la gravedad. Por
ejemplo, cuando levantamos una piedra, realizamos un
esfuerzo muscular para vencer la fuerza gravitatoria que
continuamente jala de ella hacia abajo. Existen otras clases de
fuerzas, como la fuerza ejercida por un resorte estirado o las
fuerzas creadas por la explosión de dinamita. Todas estas
fuerzas se expresan en función del newton (N), que es la
unidad de fuerza en el SI (sistema internacional de unidades).
La magnitud de la fuerza de la gravedad depende de la masa de
un cuerpo, y está dada por la ecuación aproximada:
donde:
F = fuerza de gravedad que actúa sobre el
cuerpo en [N]
m = masa del cuerpo en [kg]
9,8 = constante aproximada que se aplica
cuando los objetos están relativamente
cerca de la superficie de la tierra
(dentro de 30 km)
F = 9,8 . m

19. Momento de Torsión o Par
 El momento de torsión o par se produce cuando una fuerza
ejerce una acción de torsión sobre un cuerpo, la cual tiende a
hacerlo girar. El momento de torsión es igual al producto de la
fuerza por la distancia perpendicular entre el eje de rotación y
el punto de aplicación de la fuerza.
 El momento de torsión o par que la fuerza tangencial ejerce
sobre la polea está dado por:
Momento de torsión T = Fr
donde
T = momento de torsión en [N.m]
F = fuerza en [N]
r = radio en [m]

20. Trabajo Mecánico
 Se realiza trabajo mecánico cuando una fuerza (F) se
desplaza una distancia (d) en la dirección de la fuerza, se
muestran dos imágenes como ejemplo. El trabajo está dado
por:
 W = F.d
donde
W = trabajo [J]
F = fuerza [N]
d = distancia recorrida por la fuerza [m]

21. Potencia
 La Potencia es la capacidad de realizar trabajo, como se observa en la imagen de
abajo. Está dada por la ecuación:
 P = W/t
donde:
La unidad de potencia es el watt (W). A menudo se utiliza el kilowatt (Kw),
que es igual a 1000 W. 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.
P =potencia [W]
W = trabajo realizado [J]
t = tiempo en que se realiza el trabajo [s]

22. Potencia de un Motor El rendimiento o eficiencia de la potencia mecánica de un motor depende de su
velocidad de rotación y del momento de torsión o par que desarrolla. La potencia está
dada por:
 P = nT /9,55
donde:
Podemos medir el rendimiento de la potencia de un motor mediante un freno prony
como el mostrado en la imagen. Éste se compone de una banda plana estacionaria que
presiona contra una polea montada en el eje del motor. Los extremos de la banda están
conectados a dos básculas de resorte y la presión de la banda se ajusta apretando el
tornillo. Conforme el motor gira, podemos incrementar o disminuir el rendimiento de
potencia ajustando la tensión de la banda. La potencia mecánica desarrollada por el
motor se transforma completamente en calor debido al frotamiento de la banda en la
polea.
P =potencia mecánica [W]
T= momento de torsión o par [N.m]
n =velocidad de rotación [r/min]
9,55= una constante para el ajuste de las unidades (valor exacto = 30/pi)

23. Transformación de Energía en una Maquina
La energía puede existir en una de las siguientes formas:
 1. Energía mecánica (la energía potencial acumulada en un resorte o la energía cinética
de un auto en movimiento)
 2. Energía térmica (el calor liberado por una estufa, por fricción o por el sol)
 3. Energía química (la energía contenida en la dinamita, en el carbón o en una batería de
almacenamiento eléctrico)
 4. Energía eléctrica (la energía producida por un generador o por iluminación)
 5. 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 máquinas apropiados. Por ejemplo, la
energía química contenida en el carbón se puede transformar en energía térmica
quemando el carbón en un horno. La energía térmica contenida en el vapor se puede
transformar entonces en energía mecánica mediante una turbina. Por último, la energía
mecánica se puede transformar en energía eléctrica por medio de un generador.
En la imagen se observa el ejemplo de
transformación de energía térmica en
mecánica:

24. Eficiencia de las Maquinas
 La eficiencia de una máquina está dada por la ecuación:
donde:
La eficiencia es particularmente baja cuando la energía térmica se convierte en energía
mecánica. Por lo tanto, la eficiencia de las turbinas de vapor va de 25 a 40 por ciento,
mientras que la de los motores de combustión interna (motores automotrizes, motores
diesel) oscila entre 15 y 30 por ciento. Para entender qué tan bajas son estas eficiencias,
debemos recordar que una máquina que tiene una eficiencia de 20 por ciento pierde, en
forma de calor, 80 por ciento de la energía que recibe. Los motores eléctricos
transforman la energía eléctrica en energía mecánica con mucha más eficiencia como se
observa en la imagen. Su eficiencia oscila entre 75 y 98 por ciento, según el tamaño del
motor.
n = eficiencia [porcentaje]
Psal = potencia de salida de la máquina [W]
Pent = potencia de entrada a la máquina [W]