U1B CA MONOFASICA

Tipos de Onda y su Aplicación en Mantenimiento Predictivo

Introducción a las Ondas

• Se presentan distintos tipos de ondas, cada una con aplicaciones específicas en electrónica, electricidad y ensayos instructivos.

• Una onda exponencial puede representar el comportamiento de un circuito con capacitores durante la descarga.

Ensayos No Destructivos

• Se menciona el uso de un palpador que emite microondas para detectar fallas internas en piezas de avión, que no son visibles externamente.

• A través del análisis de la onda generada, se puede determinar la profundidad y tamaño de una falla interna, lo que es fundamental para el mantenimiento predictivo.

Mantenimiento Predictivo

• El mantenimiento predictivo permite identificar cuándo una pieza ha comenzado a fallar y necesita ser reemplazada antes de que cause problemas mayores.

• Se establece un protocolo donde se determina el tiempo específico (20.000 horas) tras el cual se debe cambiar un componente.

Corriente Alterna y Calidad de Energía

Características de la Corriente Alterna

• La corriente alterna presenta cargas eléctricas sometidas a un campo eléctrico variable en dirección pero constante en valor.

• Este fenómeno genera una velocidad de arrastre en las cargas eléctricas, creando ondas periódicas con variaciones positivas y negativas.

Importancia del Tipo de Onda

• La onda ideal deseada es la onda senoidal; sin embargo, las redes pueden presentar "ruido" o "basura", afectando su calidad.

• La calidad energética está relacionada con interferencias que alteran la forma ideal de las ondas eléctricas.

Impacto del Ruido en Dispositivos Eléctricos

Consecuencias del Ruido

• Las ondas no ideales generan pérdidas significativas en dispositivos eléctricos debido a frecuencias múltiples que afectan los núcleos magnéticos.

• Las pérdidas por histéresis dependen tanto de la frecuencia como de la inducción magnética presente.

Problemas Asociados al Calentamiento

• Un aumento en las frecuencias provoca incrementos cuadráticos en las pérdidas energéticas, lo cual puede dañar componentes como bobinas hechas de cobre.

• El calentamiento excesivo puede llevar al deterioro del esmalte aislante del cobre, provocando cortocircuitos y fallas catastróficas en motores eléctricos.

Conclusiones sobre Ondas y Mantenimiento

Resumen Final

¿Por qué se utiliza la corriente alterna?

Estado crítico durante el periodo transitorio

• Durante el periodo transitorio, que dura de 1 a 2 ciclos de la frecuencia de la corriente, las máquinas y redes enfrentan su estado más crítico. Los primeros ciclos de un cortocircuito son los más peligrosos, pudiendo causar daños severos.

Justificación del uso de la onda seno

• Se justifica el uso de la onda seno desde un punto de vista físico, lo cual es fundamental para entender su aplicación en sistemas eléctricos.

Derivadas e integrales del seno

• La derivada del seno es el coseno y al integrar una función seno se obtiene menos coseno. Esto resalta la simplicidad matemática al trabajar con funciones senoidales.

Construcción de alternadores

• Los alternadores están diseñados para generar ondas de corriente alterna tipo seno, lo que es crucial para su funcionamiento eficiente.

Corriente continua vs. corriente alterna

• La energía eléctrica generada en centrales distantes debe ser transportada como corriente alterna debido a su capacidad para ser transformada a diferentes niveles de tensión, facilitando así su distribución.

Transporte y transformación de energía eléctrica

Generación y transporte eléctrico

• La energía eléctrica se genera en lugares alejados como centrales hidráulicas y debe ser transportada hasta los centros urbanos donde se consume.

Sistema interconectado nacional

• En Argentina, existe un sistema interconectado nacional que transporta electricidad a través de líneas eléctricas que recorren todo el país a altos voltajes.

Ventajas del uso de corriente alterna

• Aunque técnicamente se podría usar corriente continua, la corriente alterna permite transformar eficientemente la energía a distintos valores de tensión durante el transporte.

Transformación en subestaciones

• Las subestaciones transformadoras reducen tensiones elevadas (como 132,000 voltios) a niveles utilizables (220 o 380 voltios), permitiendo así un suministro seguro y eficiente.

Importancia económica del transformador

Conceptos sobre Energía Fotovoltaica

Introducción a la energía fotovoltaica

• Se menciona que convertir la energía en aplicaciones específicas es más económico, sugiriendo un enfoque práctico y accesible para el uso de tecnología fotovoltaica.

Clarificación de conceptos

• El orador advierte sobre no anclar demasiado fuerte ciertos conceptos, indicando que hay flexibilidad en su interpretación.

• Se destaca que hablar con certeza puede dar la impresión de que solo existe una forma de hacer las cosas.

Efecto fotovoltaico

• Se explica el descubrimiento del efecto fotovoltaico alrededor de 1900, donde se describe cómo ciertos materiales generan electricidad al ser expuestos a la luz.

• El efecto fotovoltaico se presenta como una experiencia clave en la protección energética, aunque se cuestiona qué sucede con esa energía generada.

Almacenamiento y conversión de energía

• La energía generada se almacena en baterías, las cuales pueden ser utilizadas para convertir corriente continua en corriente alterna mediante dispositivos electrónicos.

• Se plantea cómo esta energía almacenada puede alimentar diversos aparatos eléctricos comunes.

Consideraciones prácticas

• Se discute el costo y los beneficios de instalar paneles solares, mencionando kits disponibles y su capacidad para proporcionar autonomía energética durante varias horas.

Requerimientos para un sistema eficiente

Necesidades energéticas continuas

• Para tener un servicio continuo (24 horas), es necesario considerar más baterías y equipos adicionales.

Innovaciones tecnológicas

• Se introduce un sistema mecánico innovador para mover paneles solares automáticamente según la posición del sol, optimizando así su eficiencia.

Facilidad de uso

• La automatización del movimiento del panel solar reduce el esfuerzo físico requerido por parte del usuario.

Comparación entre sistemas tradicionales y modernos

Sistemas clásicos vs. nuevos enfoques

• Aunque existen sistemas tradicionales aún vigentes, también hay nuevas tecnologías emergentes que ofrecen alternativas viables para generación eléctrica.

Dispositivos electrónicos involucrados

• Los inversores juegan un papel crucial al permitir el uso eficiente de la energía almacenada en baterías al convertirla a voltajes utilizables.

Generación de corriente alterna

Principios básicos

• Se introducen los principios matemáticos y físicos detrás de la generación de corriente alterna, destacando sus ventajas sobre otros tipos de corriente.

Componentes esenciales

• Descripción básica del funcionamiento interno de una máquina generadora: incluye partes fijas (estator), móviles (rotor), y cómo interactúan magnéticamente para generar electricidad.

Movimiento rotacional

• El rotor gira dentro del estator creando variaciones en el campo magnético que inducen corriente eléctrica.

Velocidad constante

Análisis del Flujo y la Corriente Alterna

Conceptos Fundamentales sobre el Flujo

• El flujo máximo se alcanza cuando el ángulo alfa es de 90 grados, lo que ocurre al girar una pieza desde su posición inicial.

• La velocidad angular se relaciona con el tiempo de rotación; un ciclo completo equivale a 2pi radianes, y se puede expresar como alpha = 2pi f t .

• Cuando alpha = 90^circ , el coseno de 90 es cero, resultando en un flujo nulo en esa posición.

• Al completar una vuelta (270 grados), el flujo vuelve a ser cero, indicando que varía de forma cosenoidal.

• Se establece que el flujo tiene una variación cíclica similar a la función coseno.

Relación entre Tensión y Corriente

• La expresión del valor del flujo está relacionada con la tensión máxima multiplicada por el seno de omega t.

• Es crucial entender que en electricidad, la tensión es la causa y la corriente es su efecto; sin tensión no hay corriente.

• Para generar corriente, primero debe existir tensión; si no hay tensión, aunque el circuito esté bien conectado, no habrá circulación de corriente.

• La corriente solo se manifiesta cuando hay un circuito cerrado; si este está abierto, puede haber tensión pero no habrá corriente.

• Verificar la presencia de tensión es esencial para diagnosticar problemas eléctricos antes de asumir fallas en otros componentes.

Aplicaciones Prácticas y Leyes Eléctricas

• En un ejemplo práctico, al cerrar un circuito con carga se genera corriente debido a la tensión aplicada.

• Se menciona la ley de Ohm: I_textmáx = fracE_textmáxR cdot sin(omega t).

• Los fasores representan gráficamente las variaciones en función del tiempo; son útiles para visualizar tensiones y corrientes alternas.

Características de Onda en Corriente Alterna

• Se discute qué significa que los fasores estén "en fase", lo cual implica coincidencia entre sus máximos y ceros durante su ciclo.

• Es importante corregir representaciones gráficas para asegurar que los máximos y ceros coincidan cuando están en fase.

Frecuencia y Periodo

• Se introduce el concepto de periodo como el tiempo necesario para completar un ciclo completo; esto está inversamente relacionado con la frecuencia.

¿Qué es la frecuencia y cómo se mide?

Definición de Frecuencia

• La frecuencia se define como el número de ciclos por segundo, medido en hertzios (Hz), que es la unidad internacional para esta magnitud.

Frecuencias Comunes

• En el mundo existen dos frecuencias estándar: 50 Hz y 60 Hz. Estas son las únicas frecuencias utilizadas globalmente.

• En Argentina, las máquinas están diseñadas para operar a 50 Hz, mientras que en México utilizan 60 Hz. Esto se debe a diferencias regionales en la infraestructura eléctrica.

Importancia de la Frecuencia

• No hay una frecuencia "mejor" entre las dos; cada una tiene sus aplicaciones específicas. Por ejemplo, la frecuencia de 60 Hz puede tener más ventajas en ciertos contextos industriales.

Longitud de Onda y Periodo

Conceptos Clave

• La longitud de onda se refiere a la distancia que recorre una onda en el espacio, mientras que el periodo es el tiempo que tarda en completarse un ciclo.

• Cuando se mide una onda en términos del espacio recorrido, esa distancia se denomina longitud de onda; cuando se mide en tiempo, hablamos del periodo.

Relación entre Velocidad y Longitud de Onda

• La velocidad de propagación está relacionada con la longitud de onda mediante la fórmula: velocidad = longitud de onda × frecuencia.

• Esta relación también aplica a las ondas electromagnéticas, donde su velocidad es constante y conocida como la velocidad de la luz.

Frecuencia en Máquinas Eléctricas

Generación de Ciclos

• En máquinas eléctricas alternas, los ciclos generados dependen del número de vueltas que da una espira dentro del campo magnético.

• Si una máquina tiene múltiples pares de polos (norte/sur), genera más ciclos por vuelta. Por ejemplo, un par genera un ciclo por vuelta; dos pares generan dos ciclos por vuelta.

Introducción a los Pares de Polos

Concepto de Pares de Polos

• Se introduce una nueva denominación relacionada con pares de polos, que son siempre en pares, lo cual es considerado normal.

• La letra "P" se utiliza para representar "pares de polos".

Cantidad y Frecuencia

• Si P es igual a 1, hay un par norte-sur; si P es igual a 2, hay cuatro polos (dos norte y dos sur).

• La variable P caracteriza la cantidad de pares de polos presentes.

Relación entre Pares de Polos y Ciclos

• La frecuencia (ciclos por segundo) depende del número de pares de polos: más pares generan más ciclos.

• Aumentar la velocidad genera más ciclos en un segundo.

Revoluciones por Minuto (RPM)

Definición y Contexto

• RPM significa revoluciones por minuto, un concepto clave en mecánica.

• Se enfatiza la importancia del entendimiento claro sobre el tema para evitar confusiones.

Desfase en Corriente Alterna

Importancia del Desfase

• Se menciona otro concepto importante relacionado con la corriente alterna que no fue notado inicialmente.

• Los pasores pueden estar en fase; esto se determina cuando coinciden los máximos y ceros.

Medición del Desfase

• El desfasaje se mide mediante un ángulo característico llamado "ángulo fí".

• Este ángulo tiene gran relevancia para electricistas al medir el desfasaje entre tensión y corriente.

Ángulo Fí y Factor de Potencia

Definición del Ángulo Fí

• El ángulo fí también se conoce como ángulo de potencia, medido entre tensión y corriente.

Relevancia Práctica

• Es fundamental para entender conceptos como el factor de potencia o coseno del ángulo fí, especialmente en redes eléctricas.

Función del Tiempo en Corriente Alterna

Gráfica Temporal

• La corriente alterna se caracteriza por ser una función del tiempo; cada instante tiene un valor específico.

Comprensión Dinámica

• Se plantea la pregunta sobre cómo percibimos la tensión alterna, destacando que no siempre es constante.

Valor Másico vs. Otros Valores

Clarificación sobre Valores Eléctricos

• Se discute que el valor másico no debe confundirse con otros valores eléctricos como el medio o instantáneo.

Importancia del Entendimiento Correcto

¿Qué es el valor eficaz en corriente alterna?

Conceptos Iniciales sobre Valores Instantáneos

• Se discute la dificultad de definir qué se considera "correcto" en términos de valores eléctricos, enfatizando que no son instantáneos ni medios.

• La conversación gira en torno a cómo los valores cambian y se multiplican, sugiriendo que hay una confusión sobre la nomenclatura adecuada para estos valores.

Problemas en Ingeniería

• Se plantea un problema común en ingeniería relacionado con la medición de corrientes eléctricas, donde los valores instantáneos son difíciles de manejar.

• Los ingenieros buscan alternativas a los valores instantáneos y comienzan a considerar el concepto de energía como una solución.

Energía y Corriente

• Se introduce la idea de encender una lámpara utilizando tensión constante, comparando corriente continua con corriente alterna.

• La importancia de medir correctamente la energía se destaca, ya que esta permanece constante mientras que otros valores pueden cambiar.

Equivalencia entre Corriente Alterna y Continua

• Se establece una equivalencia entre la energía desarrollada por corriente alterna y continua, introduciendo el término "valor eficaz".

• El valor eficaz se define como aquel que permite desarrollar la misma cantidad de energía que su contraparte continua.

Cálculo del Valor Eficaz

• Al llegar a aspectos matemáticos, se explica cómo calcular el valor eficaz dividiendo el valor máximo por la raíz cuadrada de dos.

• Se menciona que el valor eficaz representa aproximadamente 0.707 del valor máximo.

Aplicaciones Prácticas y Errores Comunes

• Se enfatiza que es crucial entender las diferencias entre los distintos tipos de mediciones al resolver problemas prácticos.

• Un error común es no especificar si se está hablando del valor eficaz o del máximo al plantear problemas eléctricos.

Importancia del Valor Eficaz

• El enfoque debe estar siempre en los valores eficaces porque son los más relevantes para las mediciones prácticas realizadas con instrumentos.

¿Cómo se relacionan los valores en la construcción visual?

Conceptos sobre la humedad y su impacto

• Se menciona la importancia de la humedad en la construcción visual, sugiriendo que es un factor a considerar.

• Se hace referencia a una conversación sobre repuestos de auto, destacando cómo las personas pueden no entender completamente el valor de ciertos componentes.

Medidas y equivalencias

• Se discute cómo las medidas de un gran mecanismo están relacionadas con experiencias personales, indicando que hay una conexión entre teoría y práctica.

• La búsqueda de valores constantes en medio de cambios es un tema recurrente; se plantea que los valores son dinámicos pero algunos buscan estabilidad.

Valor pico a pico

• Introducción al concepto de "valor pico a pico", definido como la diferencia entre dos picos consecutivos o máximos.

• Se establece que el valor pico a pico es igual al doble del valor máximo, lo cual puede parecer obvio pero tiene implicaciones importantes.

Dificultades en mediciones

• Se presenta un ejemplo práctico sobre medir el radio de un cilindro hueco, enfatizando las dificultades para determinar el centro sin herramientas adecuadas.

• La discusión continúa sobre cómo identificar el centro en gráficos generados por instrumentos como osciloscopios, donde se complica saber dónde está el valor máximo.

Justificaciones y explicaciones

• Se explica que para encontrar el valor máximo se divide por dos, proporcionando una justificación lógica para este método.