Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)
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El documento contiene 19 preguntas sobre conceptos básicos de máquinas eléctricas como par, leyes de Ampere y Faraday, tipos de potencia, factor de potencia, y propiedades de materiales ferromagnéticos y núcleos laminados. Las respuestas definen estos términos clave y explican sus relaciones.
Capitulo I completo (Chapman Electric Machinery Fundamentals 5th)
- 1. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA MÁQUINAS ELÉCTRICAS I ALUMNO: Edgar Lozado PREGUNTAS CAPÍTULO I
- 2. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA PREGUNTAS TEÓRICAS CAPÍTULO II 1. ¿Qué es par? ¿Qué función cumple el par en el movimiento rotacional de las maquinas? Par es la fuerza de torsión aplicada a un objeto. El papel que cumple el par en el movimiento de las máquinas es la de dar una mejor torsión a las máquinas. 2. ¿Qué establece la ley de Ampere? La ley de Ampere establece que la circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado, es igual a la corriente que lo recorre en ese contorno. ∮ 𝐻𝑑𝑙 = 𝐼 𝑛𝑒𝑡𝑎 3. ¿Qué es la intensidad de campo magnético? ¿Qué es la densidad de flujo magnético? ¿Cómo se relacionan estos dos términos? La intensidad de campo magnético (H): Es de alguna manera una medida del “esfuerzo” de una corriente por establecer un campo magnético. Densidad de flujo magnético: Es producida en una sección del material. La relación q existe entre estas dos está dada por: B=𝝁𝑯 Donde: H= intensidad de campo magnético 𝝁 = permeabilidad magnética del material B= densidad del flujo magnético resultante 4. ¿Cómo ayudan los conceptos de circuito magnético equivalente para el diseño de los núcleos de los transformadores y las máquinas? Con frecuencia el modelo de circuito magnético nos ayuda para simplificar el proceso de diseño que, de otro modo sería muy complejo. 5. ¿Qué es la reluctancia? La reluctancia de un circuito magnético es el homologo de la resistencia del circuito eléctrico y se mide en amperes-vuelta por weber.
- 3. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA 6. ¿Qué es un material ferromagnético? ¿Por qué es tan alta la permeabilidad de un material ferromagnético? Un material ferromagnético es aquel que recibe imanaciones grandes aun en presencia de campos magnéticos muy débiles, a la temperatura ambiente y por encima de ella. Existen tres tipos de materiales ferromagnéticos cobalto, níquel, hierro. Su permeabilidad es tan alta debido a que el hierro es un elemento que presenta mucha afinidad polar, su permeabilidad a entrar en contacto con el agua o la humedad es muy alta y mucho más si está cargada magnéticamente. 7. ¿Cómo varía la permeabilidad relativa de un material ferromagnético con la fuerza magneto motriz? En los materiales ferromagnéticos, la permeabilidad varia con la cantidad de flujo presente desde antes en el material. 8. ¿Qué es histéresis? Explique la histéresis en términos de la teoría de los dominios La histéresis se le denomina como pérdidas de energía, también se le puede decir que es un retardo en la imanación de un material respecto al campo indicado. Por lo general, los átomos y dominios en el hierro se han alineado con el campo externo, cuando todos los dominios se encuentran alineados; es así que ya no habrá más retroalimentación para reforzar el campo. En ese momento el hierro está saturado con el flujo. La histéresis se produce cuando el campo magnético exterior se suprime, los dominios no se ubican de nuevo al azar, porque los átomos requieren energía para recuperar su posición. 9. ¿Qué son las pérdidas por corrientes parasitas? ¿Qué se puede hacer para minimizar las perdidas por corrientes parasitas en el núcleo? Estas corrientes parasitas disipan energía puesto que fluyen en un medio resistivo (el hierro del núcleo), la energía disipada se convierte en calor en el núcleo. Por esta razón, se acostumbra acortar el núcleo ferromagnético que va estar sujeto al flujo alterno en pequeñas tiras o laminas y construirlos con ellas. 10. ¿Por qué todos los núcleos expuestos a las variaciones del flujo de CA son laminados? Para minimizar las pérdidas por corrientes parásitas en el núcleo, ya que debemos tomar en cuenta que la cantidad de energía perdida debida a las corrientes parásitas, es proporcional a la distancia de los caminos recorridos dentro del núcleo.
- 4. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA 11. ¿Qué establece la ley de Faraday? Establece que si un flujo atraviesa una espira de un alambre conductor se inducirá en ésta un voltaje directamente proporcional a la tasa de cambio de flujo con respecto al tiempo. 𝑒𝑖𝑛𝑑 = − 𝑑𝜑 𝑑𝑡 12. ¿Qué condiciones se requieren para que un campo magnético produzca una fuerza sobre un conductor? Se requiere que la dirección del vector densidad de flujo magnético y la dirección del flujo de corriente no sean iguales ni paralelas. 𝐹 = 𝑖 ∙ 𝑙 ∙ 𝛽 ∙ 𝑆𝑒𝑛(𝜃) 13. ¿Qué condiciones se requieren para que un campo magnético produzca voltaje en un alambre conductor? Si un alambre conductor orientado de manera adecuada a través de un campo magnético, se induce un voltaje en aquel. 14. ¿Por qué la máquina lineal es un buen ejemplo del comportamiento observado en las máquinas dc reales? Es la versión más sencilla y fácil de entender de una maquina dc, ya que opera con los mismos principios y exhibe la misma conducta que los generadores y los motores reales. 15. La máquina lineal de la figura 1-19 se mueve en condiciones de estado estacionario. ¿Qué ocurrirá a la barra si se incrementa el voltaje de la batería? Explique en detalle. Cuando se aplica una carga a ella, disminuye su velocidad y opera como motor, convirtiendo energía eléctrica en mecánica. 16. ¿Cómo produce un incremento de velocidad un decremento de la producción de flujo en una maquina lineal? El mismo comportamiento se presenta en los motores dc reales: cuando el flujo del motor dc decae, el motor gira más rápido. Aquí de nuevo la maquina lineal se comporta de manera muy similar al motor dc real. 17. Diga si la corriente esta delante o detrás del voltaje es una carga inductiva. ¿La potencia reactiva de la carga será positiva o negativa? Si la carga es inductiva, entonces el ángulo de impedancia Φ de la carga será positivo, y la corriente estará Φ grados en retraso con respecto al voltaje.
- 5. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA La potencia reactiva de la carga será positiva ya que para impedancias siempre es así y negativa para capacitancias. 18. ¿Qué son las potencias real, reactiva y aparente? ¿En qué unidades se miden? ¿Cómo se relacionan? Potencia real o resistiva: Cuando conectamos una resistencia (R) o carga resistiva en un circuito de corriente alterna, el trabajo útil que genera dicha carga determinará la potencia activa que tendrá que proporcionar la fuente de fuerza electromotriz (FEM). La potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medida es el watt (W). Los múltiplos más utilizados del watt son: el kilowatt (kW) y el megawatt (MW) y los submúltiplos, el miliwatt (mW) y el microwatt ( W). La fórmula matemática para hallar la potencia activa que consume un equipo eléctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito monofásico de corriente alterna es la siguiente: 𝑷 = 𝑽 ∗ 𝑰 𝐜𝐨𝐬(𝝋) De donde: P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W) I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A) Cos = Valor del factor de potencia o coseno de “fi” (En los dispositivos que poseen solamente carga resistiva, el factor de potencia es siempre igual a “1”, mientras que en los que poseen carga inductiva ese valor será siempre menor de “1”). Potencia reactiva o inductiva: Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que tienen conectadas cargas reactivas, como pueden ser motores, transformadores de voltaje y cualquier otro dispositivo similar que posea bobinas o enrollados. Esos dispositivos no sólo consumen la potencia activa que suministra la fuente de FEM, sino también potencia reactiva. La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. La unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR). La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es la siguiente: 𝑸 = √ 𝑺 𝟐 − 𝑷 𝟐 De donde: Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR) S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W) Potencia aparente o total: La potencia aparente (S), llamada también "potencia total", es el resultado de la suma geométrica de las potencias activa y reactiva. Esta potencia es la que realmente suministra una planta
- 6. UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA eléctrica cuando se encuentra funcionando al vacío, es decir, sin ningún tipo de carga conectada, mientras que la potencia que consumen las cargas conectadas al circuito eléctrico es potencia activa (P). La potencia aparente se representa con la letra “S” y su unidad de medida es el volt-ampere (VA). La fórmula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente: 𝑺 = 𝑽 ∗ 𝑰 De donde: S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) V = Voltaje de la corriente, expresado en volt I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A) Estas se relacionan por medio del triangulo de potencia. MAGNITUD SÍMBOLO CÁLCULO UNIDAD P. Real P P=V.I.cosφ W P. Reactiva Q Q=V.I.senφ VAr P. Aparente S S=V.I VA 19. ¿Qué es el factor de potencia? Se define factor de potencia, f.d.p., de un circuito de corriente alterna, como la relación entre la potencia activa, P, y la potencia aparente, S.1 Da una medida de la capacidad de una carga de absorber potencia activa. Por esta razón, f.d.p = 1 en cargas puramente resistivas; y en elementos inductivos y capacitivos ideales sin resistencia f.d.p = 0.