02 - Presentación de Electricidad y Magnetismo.pptx

Electricidad y Magnetismo

1. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

2. CAPACITORES O CONDENSADORES

3. Capacitores : Conceptos básicos.

4. ¿Qué es un capacitor? Un capacitor o también conocido como condensador es un dispositivo capaz de almacenar  energía a través de campos eléctricos (uno positivo y uno negativo). Este se clasifica dentro de los componentes pasivos ya que no tiene la capacidad de amplificar o cortar el flujo eléctrico.

5. Unidades de Capacitancia No todos los capacitores son iguales. Cada capacitor es fabricado para tener una cantidad específica de capacitancia. La capacitancia de un capacitor indica  cuanta carga puede almacenar,  mas capacitancia significa más capacidad para almacenar carga. La unidad estándar de capacitancia es el  faradio,  que se abrevia  F.

6. SIMBOLOGÍA DEL CONDENSADOR ELÉCTRICO La forma de un condensador es de forma rectangular, cuadrada, circular, cilíndrica o esférica. Como los diferentes tipos de condensadores están disponibles, hay diferentes símbolos disponibles para representarlos que se muestran a continuación.

7. Conclusiones básicas para el capacitor 1. Los capacitores almacenan energía en forma de carga eléctrica, estableciendo de esta forma un campo electromagnético entre las dos placas que lo forman. 2. Esta energía se muestra como una diferencia de potencial o tensión eléctrica entre las placas que lo forman. 3. La capacidad de almacenamiento estará determinada únicamente por la geometría de las placas. 4. Un capacitor con dieléctrico presenta una capacidad mayor que uno sin dieléctrico.

8. Para Arranque y Marcha de Motores Para Arranque y Marcha de Ventiladores Para Compensar Cargas Inductivas (Factor de Potencia) LOS CAPACITORES CON LOS QUE NOS VAMOS A ENCONTRAR COMO ELECTRICISTAS VAN A SER SEGURAMENTE DE ESTOS TRES TIPOS:

9. MAGNETISMO BOBINAS INDUCCIÓN

10. El MAGNETISMO es una propiedad que presenta la materia (ciertos materiales lo presentan naturalmente y se llaman IMANES) de ejercer fuerzas tanto de atracción o repulsión A DISTANCIA que tiene como fuente a las CARGAS en MOVIMIENTO Tanto los IMANES, como las CARGAS en MOVIMIENTO (corrientes) generan en el espacio que lo rodea una entidad de índole vectorial que es el intermediario para la aparición de tales fuerzas y se denomina campo magnético y se representa con la letra B. El estudio de los imanes ha dado lugar al descubrimiento de dos regiones diferentes en el material que tienen diferente comportamiento y se denominan POLOS (Norte y Sur). De tal manera que los polos del mismo signo se repelen y los de diferente signo se atraen A partir de ello se puede entender que si existe un imán grande y poderoso y se coloca otro pequeño en su cercanía, el imán pequeño se va a alinear de modo que su polo norte sea atraído por el polo sur del imán grande, de modo que se atraigan los polos de distinto signo o polaridad

11. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Se ha estudiado que internamente al ser el magnetismo producido por corrientes eléctricas (cargas en movimiento) a nivel atómico el magnetismo se genera por las cargas que se mueven en el átomo, por ello si se divide un imán en dos partes, cada una de las partes volverá a mostrar un polo norte y otro sur La tierra posee, por influencia del material por el cual está compuesto (Hierro fundamentalmente) un campo magnético propio. Este campo tiene su polo Norte en las cercanías del polo Sur Geográfico. De esta manera una pequeña aguja imantada se alineará de tal modo que su polo norte apuntará hacia el Norte geográfico. Campo Magnético generado por un imán o un dipolo magnético

12. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Como el campo magnético se produce por cargas en movimiento, un conductor por el cual circula una corriente genera un campo magnético a su alrededor de la siguiente manera: En la gráfica vemos el valor que adquiere el campo a una distancia r del centro del conductor rectilíneo. Vemos también que las líneas de B se encuentran en el plano perpendicular al conductor y son tangentes a círculos de ese plano centrados en el conductor. La dirección del campo lo da la Regla de la Mano derecha. Se coloca el pulgar en dirección de la corriente y la dirección del campo Magnético lo da la dirección hacia donde apuntan el resto de los dedos (de la mano derecha). Por ejemplo si queremos calcular el campo B a 10cm de un conductor por el cual circulan 100 Amperes, nos dará 2x10-4 Tesla, o sea unos 2 Gauss, un campo bajo para los usos eléctricos habituales.

13. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO También podemos estudiar la Fuerza que genera un campo magnético sobre una carga eléctrica, que responde a esta fórmula: Vemos que la fuerza depende de q (carga eléctrica), v (velocidad de la carga), B (Intensidad de Campo Magnético) y q que es el ángulo que forma la velocidad con el Campo. Lo que nos dice esta fórmula es que la fuerza se encuentra en un plano perpendicular al que forman v y B y que además es máximo con q = 90° y nulo con q = 0° Para saber la dirección de la Fuerza aplicamos la regla de la mano derecha colocando el índice en la velocidad, el mayor en el Campo y el pulgar nos da el sentido de la Fuerza.

14. En la siguiente figura podemos apreciar como aparece una fuerza de rotación al inyectar una corriente en la espira o circuito de la figura. Si aplicamos la regla de la mano derecha veremos que de los 4 lados de la ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Espira solo en dos existe fuerza. En ellos la fuerza produce un torque que la hace girar. Siendo este el principio básico del motor eléctrico. En donde el movimiento se produce por la interacción del campo magnético generado por el imán permanente (estator) y el campo generado por la inyección de corriente en la espira (rotor) La espira puede pensarse como un electroimán que se intenta alinear con el imán fijo al producirse el torque o momento mecánico. Nótese que cuando se alinea la espira cesa la fuerza y esa sería una posición de equilibrio de la cual habría que sacarla para permitir el movimiento continuo.

15. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Si hubieran dos conductores paralelos cada uno con una corriente continua que los circula, cada uno generaría un campo magnético en el otro y a su vez se ejercería una fuerza entre uno y otro. La fuerza es tal que si tuvieran la misma dirección de la corriente sería de atracción y en caso contrario de repulsión, eso lo podríamos verificar por la regla de la mano derecha tanto para la generación de campo como para la producción de la fuerza. Por ejemplo si la corriente es grande 100 A en cada cable y la distancia 10 cm nos da por resultado una fuerza pequeña aproximadamente de 20 gramos, para un tramo de conductores de 1 metro

16. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Para aumentar el valor del campo magnético que produce una corriente y poder construir aparatos de maniobra y automatización como relés o contactores se utiliza hacer un arrollamiento con el cable formando una bobina o solenoide. El campo así generado depende de: La permeabilidad magnética del material La longitud de la bobina y De la cantidad de vueltas de la bobina Por ejemplo si la bobina tiene 200 vueltas, una corriente de 1 Amper y el material el Hierro con una permeabilidad 7000 veces mayor que la del vacío y mide 10 cm Magnético B nos da un valor de alrededor Tesla si aplicamos la fórmula 176 Teslas un campo ya intenso

17. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Los materiales presentan según su estructura diferentes propiedades magnéticas y por ello se dividen en tres grupos diferentes: Los materiales Ferromagnéticos son los usados en los aparatos eléctricos debido a que potencian el campo magnético con el cual se los excita

18. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO S e define al flujo magnético como la cantidad total de campo B que atraviesa una Superficie S en el espacio. Como se observa en la figura el flujo daría la idea de la cantidad de líneas de campo que cruzan por el área representada en verde. Si el área el perpendicular al campo el flujo sería máximo y si el área fuera paralela al campo el flujo sería nulo Para un campo B uniforme, la ecuación del Flujo magnético sería: La unidad de Flujo Magnético es el Weber [ Wb ] que significa 1 Tesla por Metro cuadrado

19. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Cuando se hace variar el flujo magnético en el interior de una bobina, este induce una tensión en la bobina La cual hace circular una corriente que tiende a mantener el flujo en las condiciones anteriores, oponiendo la variación a la que se genera. O sea si la excitación tiene a aumentar el flujo, la tensión inducida tendería a disminuirlo y viceversa. Esta ley se llama Ley de Inducción Electromagnética o Ley de Faraday y tiene la siguiente fórmula

20. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO El transformador es una máquina eléctrica estática que consta fundamentalmente de dos bobinados (uno primario, el del voltaje de entrada de energía) otro secundario (donde se conecta la carga) y un núcleo de material ferromagnético para dirigir el flujo desde un bobinado hacia el otro. Mediante la ley de Inducción de Faraday se tiene que la tensión que se induce en el secundario por la existencia de un flujo magnético variable en el tiempo (un flujo continuo no genera tensión) tiene la siguiente expresión: Vp = Tensión Primaria Vs = Tensión Secundaria I s = Corriente Secundaria Ip = Corriente Primaria Np = Vueltas Primario Ns = Vueltas Secundario De las ecuaciones se desprende que si Np > Ns es un transformador reductor de tensión y elevador de Corriente. El caso contrario se usa para transmitir energía a distancias subiendo la tensión lo que baja las pérdidas de transmisión en los cables al bajar drásticamente la corriente en largos trayectos.

21. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO A continuación se puede apreciar el principio de funcionamiento de un motor eléctrico. Si se coloca una fuente de tensión continua que excite el roto, se genera en el material un electroimán de dos polos los cuales tienden a alinearse con el campo magnético estático del estator. Primera Figura. Una vez alineado, Segunda Figura, el rotor sigue girando por inercia, y por efecto de las escobillas, se cambia la polaridad de la tensión en el bobinado lo que cambia la polaridad del electroimán y el movimiento sigue realizándose (producto de las fuerzas magnéticas) en el mismo sentido de giro inicial, hasta otra posición de alineación en la cual vuelve a invertirse la corriente en el bobinado y se repite el ciclo mientras exista la fuente de tensión continua.

22. ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO También se puede usar el electromagnetismo para generar corriente eléctrica a partir del movimiento mecánico. En este caso al variar el flujo magnético que cruza una espira se genera una tensión en ella que puede encender una lámpara. En el primer caso se esquematiza el funcionamiento de un dínamo (corriente continua) DINAMO: En este caso en el hemisferio derecho la corriente tiene un sentido, el cual recoge la escobilla izquierda siempre con la misma polaridad por ello se genera una corriente continua. Nótese que la escobilla es un contacto partido para poder obtener la corriente continua. ALTERNADOR: En este caso se recoge en un anillo (continuos en este caso) la polaridad de la tensión de la espira durante toda la vuelta lo que generará una tensión en un anillo respecto de otro en una mitad de vuelta positivo y en la otra mitad de signo opuesto. Lo que se obtiene es corriente alterna, que por ejemplo en el alternador del automóvil luego se rectifica para obtener cc.

23. • Es un mecanismo cuya misión es la de cerrar unos contactos, para permitir el paso de la corriente a través de ellos. Esto ocurre cuando la bobina del contactor recibe corriente eléctrica, comportándose como electroimán y atrayendo dichos contactos. Aspecto Físico • Partes de que está compuesto: • - Contactos principales: 1-2, 3-4, 5-6. Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de fuerza o potencia. • - Contactos auxiliares: 13-14 (NO) Se emplean en el circuito de mando o maniobras. Por este motivo soportarán menos intensidad que los principales. El contactor de la figura solo tiene uno que es normalmente abierto. • - Circuito electromagnético: Consta de tres partes. 1.- El núcleo, en forma de E. Parte fija. 2.- La bobina: A1-A2. 3.- La armadura. Parte móvil. CONTACTORES

24. La finalidad de un contactor es la de accionar cargas elevadas que pudieren producir algún efecto perjudicial en la salud del operador. Sea el caso de una descarga atmosférica entre contactos de un interruptor a cuchillas en el momento de accionar el arranque de un motor que posea una carga de inercia acoplada, que pudiera producir quemadura. La funcionalidad se describiría de la siguiente manera. Se dispone de un elemento electroimán (bobina que al circular una corriente produce efectos magnéticos de atracción o repulsión) que atrae un hueco al cual están solidario los contactos móviles que cierran el circuito interconectando los correspondientes contactos principales, además posee contactos auxiliares (NA / NC) que sirven para realizar acciones de enclavamiento (dejar que el contactor siga funcionando sin tener que presionar todo el tiempo un pulsador). Carcasa Es el soporte sobre el cual se fijan todos los componentes conductores al contactor. Es de un material no conductor, posee rigidez y soporta el calor no extremo. Además, es la presentación visual del contactor. Materiales diferentes son usados para las carcasas. Electroimán Es el elemento motor del contactor. Está compuesto por una serie de dispositivos. Los más importantes son el circuito magnético y la bobina. Su finalidad es transformar la energía eléctrica en  magnetismo , generando así un campo magnético muy intenso, que provocará un movimiento mecánico.

25. Bobina Es un arrollamiento de alambre de cobre muy delgado con un gran número de espiras, que al aplicársele tensión genera un campo magnético. Este a su vez produce un campo electromagnético, superior al par resistente de los muelles, que a modo de resortes separan la armadura del núcleo, de manera que estas dos partes pueden juntarse estrechamente. Cuando una bobina se alimenta con corriente alterna, la intensidad que absorbe (denominada corriente de llamada) es relativamente elevada, debido a que el circuito solo tiene la resistencia del conductor. Esta corriente elevada genera un campo magnético intenso, de manera que el núcleo puede atraer a la armadura y vencer la resistencia mecánica del resorte o muelle que los mantiene separados en estado de reposo. Una vez que el circuito magnético se cierra, al juntarse el núcleo con la armadura, aumenta la  impedancia  de la bobina, de tal manera que la corriente de llamada se reduce, obteniendo así una corriente de mantenimiento o de trabajo más baja. Se hace referencia a las bobinas de la siguiente forma: A1 y A2. Núcleo Es una parte metálica, de material ferromagnético, generalmente en forma de E, que va fijo en la carcasa.Su función es concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la bobina (colocada en la columna central del núcleo), para atraer con mayor eficiencia la armadura.

26. Armadura Elemento móvil, cuya construcción es similar a la del núcleo, pero sin espiras de sombra. Su función es cerrar el circuito magnético una vez energizada la bobina, ya que debe estar separado del núcleo, por acción de un muelle. Este espacio de separación se denomina cota de llamada. Las características del muelle permiten que tanto el cierre como la apertura del circuito magnético se realicen muy rápido, alrededor de unos 10 milisegundos. Cuando el par resistente del muelle es mayor que el par electromagnético, el núcleo no logrará atraer a la armadura o lo hará con mucha dificultad. Por el contrario, si el par resistente del muelle es demasiado débil, la separación de la armadura no se producirá con la rapidez necesaria. Contactos Simbología de polos(arriba) y Contactos Auxiliares(abajo). Son elementos conductores que tienen por objeto establecer o interrumpir el paso de corriente en cuanto la bobina se energice. Todo contacto está compuesto por tres conjuntos de elementos: Dos partes fijas ubicadas en la coraza y una parte móvil colocada en la armadura para establecer o interrumpir el paso de la corriente entre las partes fijas. El contacto móvil lleva el mencionado resorte que garantiza la presión y por consiguiente la unión de las tres partes.

27. Tipos: Contactos principales: Su función es establecer o interrumpir el circuito principal, consiguiendo así que la corriente se transporte desde la red a la carga. Simbología: se referencian con una sola cifra del 1 al 6. Contactos auxiliares. Su función específica es permitir o interrumpir el paso de la corriente a las bobinas de los contactores o los elementos de señalización, por lo cual están dimensionados únicamente para intensidades muy pequeñas. Los tipos más comunes son: Instantáneos. Actúan tan pronto se energiza la bobina del contactor. Se encargan de abrir y cerrar el circuito. Temporizados. Actúan transcurrido un tiempo determinado desde que se energiza la bobina (temporizados a la conexión) o desde que se desenergiza la bobina (temporizados a la desconexión). De apertura lenta . El desplazamiento y la velocidad del contacto móvil es igual al de la armadura. De apertura positiva . Los contactos cerrados y abiertos no pueden coincidir cerrados en ningún momento. En su simbología aparecen con dos cifras donde la unidad indica: 1 y 2, contacto normalmente cerrados, NC. 3 y 4, contacto normalmente abiertos, NA. 5 y 6, contacto NC de apertura temporizada o de protección. 7 y 8, contacto NA de cierre temporizado o de protección. por su parte, la cifra de las decenas indica el número de orden de cada contacto en el contactor. En un lado se indica a qué contactor pertenece.

28. Conexión de un Motor por medio de un conector

29. Un  contactor  es un dispositivo con capacidad de cortar la corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia, que tiene dos posiciones de  funcionamiento : una de encendido y otra de apagado Contactos auxiliares . Su función específica es permitir o interrumpir el paso de la corriente a las bobinas de los  contactores  o los elementos de señalización, por lo cual están dimensionados únicamente para intensidades muy pequeñas. En el  contactor  real los  contactos  de conexión de la bobina se llaman A1 y A2 siempre. Los  contactos  del circuitos de salida o de fuerza se llaman 1-2, 3-4, etc. y los  contactos auxiliares , para el circuito de mando o control, suelen llamarse con número de 2 cifras, por ejemplo 13-14.

30. Elección de Contactor • Cuando se va a elegir un Contactor hay que tener en cuenta, entre otros factores, lo siguiente: • Tensión de alimentación de la bobina: Esta puede ser continua o alterna, siendo esta última la más habitual, y con tensiones de 12 V, 24 V o 220 V. • Número de veces que el circuito electromagnético va a abrir y cerrar. Podemos necesitar un Contactor que cierre una o dos veces al día, o quizás otro que esté continuamente abriendo y cerrando sus contactos. Hay que tener en cuenta el arco eléctrico que se produce cada vez que esto ocurre y el consiguiente deterioro. • Corriente que consume el motor de forma permanente (corriente de servicio). Por lo tanto es conveniente el uso de catálogos de fabricantes en los que se indican las distintas características de los Contactores en función del modelo. Contactores auxiliares • Para poder disponer de mas contactos auxiliares y según el modelo de contactor, se le puede acoplar a este una cámara de contactos auxiliares o módulos independientes, normalmente abiertos (NO), o normalmente cerrados (NC). • A continuación podemos observar un Contactor con sus contactos auxiliares ya montados:

31. Marcado de Bornes • Bobina: se marca con A1 y A2. • Contactos auxiliares: Como ya hemos nombrado, existen contactos normalmente abiertos (NO) o (NA) y normalmente cerrados (NC). • Contactos NO.- Se les asignarán números de 2 cifras, la primera cifra indica el número de orden y la segunda deberá ser 3 y 4. Ejemplos: 13-14, 23-24, 33-34. • Contactos NC.- Se les asignarán números de 2 cifras, la primera cifra indica el número de orden y la segunda deberá ser 1 y 2. Ejemplos: 11-12, 21-22, 31-32. • Contactos principales: Se marcan con los siguientes números o letras: 1-2, 3-4, 56, o L1-T1, L2-T2, L3-T3. • El Contactor se denomina con las letras KM seguidas de un número. • Relé Térmico: Los bornes principales se marcarán como los contactos principales del contactor, 1-2, 3-4, 5-6, o L1-T1, L2-T2, L3-T3. Los contactos auxiliares serán, 95-96 contacto cerrado y 97-98 contacto abierto.

32. El relé de sobrecarga térmico

33. • Es un mecanismo que sirve como elemento de protección del motor. • Su misión consiste en desconectar el circuito cuando la intensidad consumida por el motor, supera durante un tiempo corto, a la permitida por este, evitando que el bobinado se queme. Esto ocurre gracias a que consta de tres láminas bimetálicas con sus correspondientes bobinas calefactoras que cuando son recorridas por una determinada intensidad, provocan el calentamiento del bimetal y la apertura del relé. • La velocidad de corte no es tan rápida como en el interruptor magnetotérmico . • Se debe regular (tornillo 7), a la Intensidad Nominal del motor (In), para el arranque directo. • Esta intensidad deberá venir indicada en la placa de características del motor. • Elección del Relé Térmico: • Para la elección de este mecanismo hay que tener en cuenta el tiempo máximo que puede soportar una sobreintensidad no admisible, y asegurarnos de que la intensidad del receptor esté comprendida dentro del margen de regulación de la intensidad del relé.