TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS: APLICACIÓN

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Aplicación de un transformador trifásico

Como sabes, un transformador trifásico consta de tres fases desplazadas en 120 grados eléctricos, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud. Una fase consiste en un polo positivo y negativo por el que circula una corriente alterna.

Diagrama fasorial de un transformador trifásico con conexionado Dy5.

Los transformadores trifásicos son muy importantes ya que están presentes en muchas partes del sistema eléctrico.

Aplicación en el sistema de distribución eléctrica

Todos los transformadores desde el generador hasta la entrada a nuestros hogares o industrias son transformadores trifásicos. Se ocupa de la elevación y reducción de la tensión en diversas partes del sistema eléctrico: En generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos, así como también en las líneas de transmisión y, por último, en distribución en donde se distribuye la energía eléctrica a voltajes menores hacia casas, comercios e industrias.

La mayor parte de los transformadores trifásicos son de media y de alta tensión por lo tanto los bobinados no se pueden ejecutar en aire porque no tienen suficiente aislación, por esa razón se los construye inmersos en aceite aislante. El aceite aislante es un aceite mineral que posee una rigidez dieléctrica muy superior a la del aire.

Transformadores trifásicos de alta tensión.

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CÓMO ES UN TRANSFORMADOR TRIFÁSICO

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Transformador trifásico

Los transformadores trifásicos han venido siendo útiles para la generación de corriente en grandes redes eléctricas son lo más usual en lo que tiene que ver al número de usuarios de tipo comercial e industrial que hacen uso del sistema, y es necesario considerar la importancia que tienen el mismo.

El aspecto de un transformador trifásico en aire.

Normalmente los transformadores trifásicos están constituidos de un núcleo que tiene 3 columnas y sobre cada una se encuentran los devanados primarios y secundarios. Estos devanados pueden conectarse en estrella, delta o zig-zag de las cuales se las puede hacer nueve combinaciones.

Transformador trifásico. Conexión estrella-triángulo.

Un transformador trifásico consta de tres fases desplazadas en 120 grados, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud. Una fase consiste en un polo positivo y negativo por el que circula una corriente alterna. No es necesario decir que un transformador no funciona con corriente continua, puesto que para que exista un voltaje V debe haber una variación del flujo.

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Entiendo un circuito magnético con la Curva de magnetización

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Curva de magnetización

La característica principal de los materiales magnéticos es que su comportamiento magnético que se resume en su curva de magnetización, cuyo gráfico es:

La curva de magnetización de un material ferromagnético es la curva B – H; se obtiene aplicando una corriente continua (I) a la bobina arrollada en el núcleo mostrado, comenzando con 0 amperios y luego lentamente hasta la corriente máxima permisible; observándose que a medida que se aumenta la corriente en la bobina (NI) aumentará la intensidad del campo H y a cada valor de H le corresponde un valor de B.

Curva de magnetización.

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS VS CIRCUITOS MAGNÉTICOS

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Analogías con los circuitos eléctricos

Las leyes de los circuitos magnéticos son formalmente similares a las de los circuitos eléctricos, aunque al contrario que en este último, no hay nada material que circule. Esta analogía entre circuitos eléctricos y circuitos magnéticos se puede explotar para encontrar soluciones simples para flujos en circuitos magnéticos de considerable complejidad.

En la siguiente tabla se describen las variables que se comportan de manera análoga en los circuitos magnéticos y eléctricos:

Tabla de la analogía de un circuito magnético y circuito eléctrico.

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Descubre qué es un circuito magnético

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Circuito magnético

Es un dispositivo en el cual las líneas de fuerza del campo magnético se hallan canalizadas trazando un camino cerrado. Está hecho de materiales ferromagnéticos (acero eléctrico), por su alta permeabilidad magnética y por tanto apropiado para la fabricación de núcleos.

Estructura de un circuito magnético simple.

El circuito magnético sencillo es un anillo hecho de material ferromagnético envuelto por un arrollamiento por el cual circula una corriente eléctrica, creando un flujo magnético en el anillo:

La reluctancia se puede calcular por:

Los circuitos magnéticos son la base teórica para la construcción de transformadores, motores eléctricos, muchos interruptores automáticos, relés, etc.

Circuito magnético en forma de toroide.
Cortesía: Universidad de Cantabria.
Circuito magnético con una ventana compuesta de cuatro ramas en serie (1, 2, 3 y 4).
Cortesía: Universidad de Cantabria.
Circuito magnético con dos ventanas. Las ramas 2 y 3 están en paralelo de forma que el flujo de la rama 1 (el flujo total) se descompone en los de las ramas 2 y 3.
Cortesía: Universidad de Cantabria.

Clases de circuitos magnéticos

Homogéneos: una sola sustancia, sección uniforme y sometido a igual inducción en todo su recorrido.
Heterogéneos: varias sustancias, distintas secciones o inducciones, o coincidencia de estas condiciones.

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PARTES Y TIPOS DE DIAGRAMAS ELÉCTRICOS

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#ViernesdeElectricidadindustrial

Esquema eléctrico

En los diagramas o planos eléctricos es una representación gráfica de los componentes, y su interconexión, en una instalación eléctrica. Permite la construcción y mantenimiento de los sistemas eléctricos, además de representar el funcionamiento de los mismos, su uso está basado en estándares creados por diferentes organizaciones internacionales.

Partes

Leyendas: Los componentes se identifican mediante una referencia que se imprime en la lista de partes. Por ejemplo: M1 es el primer Motor, K1 es el primer contactor, Q1 es el primer interruptor termomagnético.
Símbolos: Cada dispositivo se representa mediante un único símbolo a lo largo de todo el esquema.
Cableado y conexiones: El cableado se representa con líneas rectas, colocándose generalmente las líneas de alimentación en la parte superior e inferior del dibujo. Las uniones entre cables suelen indicarse mediante círculos, para diferenciarlas de los simples cruces sin conexión eléctrica.
Funciones: Para poder montar de forma sistemática o repetitiva los sistemas eléctricos que representan, de tal forma que cualquier persona que sea capaz de interpretar y pueda realizar su montaje o instalación.

Tipos

Esquema unifilar: Cada circuito se representa por una única línea en la que se incluyen todos los conductores. Para indicar el número de conductores con lazos oblicuos sobre la línea.

Representación de conductores en esquemas unifiliares.
Esquema de alambrado de una lámpara por un interruptor.
Véase que en cada conexión hay dos líneas oblícuas, que simbolizan que son dos conectores que pasan por ahí.

Esquema multifilar: Se representan a todos los conductores, identificando debidamente el conductor neutro y cada una de las fases.

Comparación entre los esquemas unifiliar y multifiliar de un automatismo.

Esquema funcional: Se representan todos los conductores, identificando debidamente el conductor neutro y cada una de las fases para la fácil interpretación del técnico que tiene que hacer el montaje o la reparación.

Esquema funcional del circuito de mando de enclavamiento.

Esquema topográfico: Se realiza un dibujo en perspectiva del local con la situación de los elementos que conforman la instalación. Este esquema suele representarse en 3D y con el circuito eléctrico en unifilar.

Esquema topográfico.

Este es una guía sencilla sobre planos eléctricos. A partir de ahora usaremos los planos para detallar los arranques de motores, en los próximos artículos.

Diagrama eléctrico.
(Izquierda) circuito de fuerza, (derecha) circuito de mando.

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CON CUÁNTA CORRIENTE TE ELECTROCUTAS

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Choques eléctricos

Son lesiones producidas por el efecto de la corriente eléctrica en el ser humano. Son varios los factores que determinan la envergadura del daño. Pueden presentarse lesiones nerviosas, alteraciones químicas, daños térmicos y otras consecuencias de accidentes secundarios (como por ejemplo fracturas óseas).

Efectos físicos inmediatos

Según el tiempo de exposición y la dirección de paso de la corriente eléctrica para una misma intensidad pueden producirse lesiones graves, tales como: asfixia, fibrilación ventricular, quemaduras, lesiones secundarias a consecuencia del choque eléctrico.

Tabla sobre los efectos de la corriente sobre el organismo.

Se fija el tiempo máximo de funcionamiento de los dispositivos de corte automático en función de la tensión de contacto esperada:

Tabla de tiempo que podemos soportar durante la electrocución.

Rango de resistencia del cuerpo humano

La resistencia del cuerpo humano, no sólo depende de condiciones externas o ambientales (grado de humedad de la piel, presión de contacto, estado de la epidermis y zona de contacto, etc.) sino también del valor de la tensión.

Tabla de la resistencia del cuerpo humano en función de la tensión de contacto.

Posibles trayectorias de la corriente durante un shock eléctrico

En el recorrido de la corriente eléctrica por el cuerpo humano, las consecuencias del contacto dependerán de los órganos del cuerpo humano que atraviese la corriente. Las mayores lesiones se producen cuando la corriente circula en las siguientes direcciones:

Recorrido de la corriente a través del cuerpo.

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CÓMO FUNCIONA UN SISTEMA DE CONTROL INDUSTRIAL

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Elementos de un sistema de control

Sabemos que los sistemas de control son de lazo cerrado, y que existe un control que ordena a la planta (ejm. circuito de mando y fuerza en un arranque de motor), pero existen más elementos que hace que el sistema de control sea un proceso por excelencia preciso y confiable, donde puede mantenerse por sí mismo.

Desde la señal de entrada que ingresamos a la salida esperada, todo sigue un proceso detallado, donde cada parte es importante, que explicaremos a continuación:

Esquema de un sistema de control.

Transductor: Convierte una determinada manifestación de entrada (una señal de mando modificada por nosotros) en otra diferente a la salida, como la señal de referencia.

Transductor electromecánico.

Señal de entrada o referencia r(t): Es una variable que se la utiliza para variar todo el sistema en sí, cuya variación afecta la salida. Cabe destacar que aunque afecta la salida, no es la que la controla.

Error e(t): La comparación entre la señal de entrada o referencia y la señal de salida. Debe ser mínimo para entender que obtuvimos de parte del sistema la respuesta deseada.

Señal de control de entrada u(t): Es la que modifica la salida; su efecto en el sistema debe ser más importante que las perturbaciones y superarlas. Su entrada es el error que se obtiene al comparar la salida con nuestra entrada de referencia.

Control: Sistema que no depende del operador (también de baja potencia). Se encarga de la regulación, gobierno, dirección del proceso en una planta.

PLC.
Con él se pueden controla proceso de todo tipo.

Actuador: Son manipulables con señales eléctricas (baja potencia). Reciben la orden del control (de forma eléctrica), generando la orden para activar el elemento final de control, como por ejemplo reciben una señal eléctrica y lo convierten en una señal mecánica al cerrar una válvula.

Una electrovávula.
Recibe una seña eléctrica para controlar el paso de un fluido.

Señal de control de salida 0(t): Siendo influido por el actuador, es la variable que sale del actuador, según las instrucciones que reciben de la unidad de control

Sistema: Es cualquier objeto físico que pueda ser controlado y así podrá realizar una operación determinada por nosotros. Ejm. horno de calentamiento, movimiento de un brazo robótico, etc.

Llenado y sellado de las botellas.
Ese procedimiento es el que queremos controlar: los litros de llenado, el tiempo que se demora entre cada botella y la posición para que un accionador libere el líquido sin que se derrame.

Perturbación n(t): Señal que tiende a afectar adversamente al sistema. Puede ser interna si genera dentro del sistema en sí; y externa si se genera en el ambiente donde se encuentra el sistema (ejm. las vibraciones del piso por causas externas pueden afectar a algunos sistemas). El control debe tomarlo en cuenta para poder mitigar su efecto.

Medidor Vm(t): Expuesto al sistema, la señal eléctrica es de baja potencia y mide la salida, para ser luego comparada con la entada.

Señal de salida y(t): Es el resultado de nuestro control, lo que queremos que salga. Lo utilizamos para analizar los efectos que causó la señal de entrada al hacer la comparación para calcular el error y así saber si el sistema cumple o no con los objetivos propuestos.

Ejemplo:

Con el HMI damos una señal de referencia r(t) que deseemos (aumentar la velocidad del llenado), la señal digital llega al PLC (CONTROL) donde se manda una señal u(t) al variador de frecuencia VFD y al motor 0(t) , que como una especie de ACTUADORES, el motor gira más rápido para que bombee más agua y se pueda llenar el tanque (SISTEMA). En el tanque hay sensores (MEDIDORES) que manda una señal indicando sus mediciones que lo recibe el PLC y mediante el HMI muestra que el llenado rápido ha sido un éxito.

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PULSADOR, INTERRUPTOR Y CONMUTADOR

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#MartesdeAutomatización

Componentes de conmutación

Pulsador

Elemento electromecánico de conexión y desconexión. Para activarlo hay que actuar sobre él, pero al eliminar la actuación, el pulsador se desactiva por sí mismo.

(Izquierda) símbolo del pulsador NC, (derecha) símbolo del pulsador NO.

Es un dispositivo electromecánico de conexión y desconexión momentánea. Los pulsadores son de diversas formas y tamaños y se encuentran en diferentes equipos electrónicos pero también muy usados en el campo de la electricidad industrial.

(Izquierda) pulsador NC, (derecha) pulsador NO.

Conectado a un componente eléctrico hace funcionar o apagar el mismo: al ser pulsados permiten el flujo de corriente mientras son accionados, pero cuando ya no se presiona, se desactiva por sí mismo y vuelve a su posición de reposo.

Puede ser un contacto NA (Normalmente Abierto) o NO (Normally Open, en inglés), sino también puede ser un contacto NC (Normalmente Cerrado o Normally Close, en inglés).

Aplicación de un pulsador:
El rojo NC, sirve para detener el arranque del motor al ser presionado.
El verde NA, sirve para iniciar el arranque del motor al ser presionado.

Interruptor

Elemento electromecánico de conexión y desconexión, que permite desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica. Sus aplicaciones van desde un simple interruptor que apaga o enciende una bombilla, hasta un selector de transferencia automático, controlado por computadora.

Símbolo del interruptor:
Cuando se acciona, abre un circuito y cierra otro.

También llamado “pulsador con enclavamiento”, hay que accionar para poder activarlo y también se acciona de nuevo para desactivarlo.

Forma física de un interruptor.

Su expresión más sencilla consiste en dos contactos de metal inoxidable y el actuante. Los contactos, normalmente separados, se unen mediante un actuante para permitir que la corriente circule. El actuante es la parte móvil que en una de sus posiciones hace presión sobre los contactos para mantenerlos unidos.

Conmutador

Elemento electromecánico de conexión y desconexión, que tiene una posición de reposo y varias de accionamiento, pudiendo comportarse estas como interruptor o como pulsador.

Modifica el camino que debe seguir la corriente. Una vez que desconectan un circuito, conectan otro inmediatamente Son típicos los manuales, como los utilizados en las viviendas y en dispositivos eléctricos, y los que poseen algunos componentes eléctricos o electrónicos como el relé.

Selector bipolar giratorio de 3 posiciones (1-0-2).

Los selectores eléctricos rotativos tiene la función de abrir o cerrar contactos de acuerdo a una posición seleccionada de manera manual. Es necesario contar o elaborar una tabla de cada posición ya que pueden existir infinidad de combinaciones.

(Izquierda) símbolo del selector, (derecha) tabla.

Del gráfico:

Aspa (X): cerrado.
Vacío ( ): abierto.

El selector más simple tiene tres posiciones y dos contactos:

Posición 0: están ambos abiertos.
Posición I: están: 3-4 abierto / 1-2 cerrado
Posición II: están: 3-4 cerrado / 1-2 abierto

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CAMPOS DE ACCIÓN DE LA ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

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#ViernesdeElectricidadindustrial

Water treatment plant

Electricidad industrial

El estudio científico de la electricidad como tal comenzó en los siglos XVII y XVIII. Pero fue a finales del siglo XIX, que los ingenieros lograron darle un uso doméstico e industrial. Luego la rápida expansión de la tecnología eléctrica la convirtió en la columna vertebral de la sociedad industrial moderna.

Los principales consumidores de electricidad son las industrias, al tener sus procesos productivos trabajando sin parar. Es por ello que surgió una tecnología que controle el proceso productivo, con precisión y velocidad, sin la intervención humana de forma directa. Dicha tecnología necesitaba de la electricidad  para funcionar.

Y así fue como nació la Electricidad industrial.

Definición:

La electricidad industrial es una variante de la electricidad, usada para grandes voltajes eléctricos incluso superiores a la doméstica (tales como 380 V y 440 V), para el funcionamiento de plantas de producción, maquinarias, aparatos eléctricos, iluminación, alumbrado y aparatos de media o alta potencia.

Actualmente tiene un papel importante en las plantas industriales, ya que con ella se transforma y se regula los procesos, para obtener un producto o servicio final que llega a los usuarios, como por ejemplo el alumbrado eléctrico de las calles y espacios públicos, hacer funcionar la lavadora o la refrigeradora, etc.

Arranque de un motor con interruptores, pulsadores, contactores y temporizadores.
Un proceso simple que se estudia y aplica en la Electricidad industrial.

Importancia

• Convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Esto se logra gracias a los circuitos con interruptores automáticos diseñados, transformadores y variadores de frecuencia que regulan la potencia y el voltaje en los motores, controlando su velocidad de giro y frenado.

• Abrió la posibilidad de la automatización de los procesos industriales. Se puede decir que la automatización industrial es la parte lógica o “cerebro”, mientras que la electricidad industrial es la parte física que ejecuta las órdenes.

• Podemos encontrar la electricidad industrial en procesos productivos instalados grandes hornos eléctricos, tales como siderúrgicas, cementeras, cerámicas y químicas.

La electricidad industrial junto a la Automatización industrial tiene aplicaciones en todo los sectores de la industria, como por ejemplo en una refinería, como podemos apreciar en la foto.

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