Conceptos Fundamentales de Máquinas Eléctricas y Termodinámica Aplicada

Aspectos Clave en el Funcionamiento y Control de Motores Eléctricos

A continuación, se presentan correcciones y organización de puntos relacionados con el control, arranque y frenado de motores, así como conceptos termodinámicos.

Condiciones y Métodos de Arranque de Motores

• El par resistente debe ser inferior al par de arranque.
• Aplicable con motores de pequeña potencia.
• Tensión de alimentación: 230 Vca.
• Uso de un relé horario.
• Para invertir el sentido de giro: intercambiar dos fases.
• El cambio de sentido de giro solo debe realizarse en motores preparados para ello, principalmente debido a las sobrecargas.
• Método de protección: Enclavamiento eléctrico.
• Aplicable a motores de mediana o gran potencia cuya configuración final sea en triángulo.
• Motores de mediana o gran potencia que requieran un par de arranque reducido.
• En el arranque con resistencias: Se aplican tantos grupos de resistencias como escalones de arranque se deseen.
• Arranque con devanados auxiliares: Solo se emplean en motores de rotor bobinado.
• Secuencia de conexión de devanados: Primero entra un grupo de devanados y posteriormente se añade un segundo grupo de devanados. Una vez arrancados, ambos devanados se encuentran conectados a la red eléctrica.
• Propósito de ciertos métodos de arranque: Solo se emplean para reducir la corriente de arranque de los motores.
• Inversión de giro (en algunos casos): Hay que intercambiar el sentido de la corriente en el devanado de arranque respecto al principal.
• Condición de operación: El par motor debe ser superior al par resistente.
• Factor de potencia: Sobre 0,8.
• Potencia calculada: 1840 W.
• Fórmula de potencia trifásica: $P=\sqrt{3} \cdot V \cdot I \cdot \cos\varphi$.
• Factor de potencia (valor típico): Normalmente es menor de 1, pero próximo a 1.
• Parámetro que afecta la velocidad síncrona: La frecuencia.
• Deslizamiento: La diferencia de velocidades entre el estator y el rotor.
• Entrehierro: El espacio entre el rotor y el estator.
• Conexión final (ejemplo): Se conecta en triángulo.
• Limitación: No pueden arrancar por sí solos (refiriéndose a ciertos tipos de motores o configuraciones).

Características de Dispositivos y Frenado

Ventajas de Ciertos Dispositivos (Ej. Contactores/Relés)

• Robustez, lo que permite un bajo desgaste y un bajo mantenimiento de estos dispositivos.
• Rapidez de funcionamiento, lo que permite ciclos de detección altos.
• Permite de manera eficiente y sin problemas secuencias de arranques y paros encadenados muy seguidos.

Tipos de Campos y Detección

• Un campo electromagnético $\leftrightarrow$ Inductivo.
• Un campo electrostático $\leftrightarrow$ Capacitivo.
• Función de detección (ej. fotocélula): Detectar un objeto al situarse entre el dispositivo y un reflector.
• Información proporcionada por un sensor de distancia: La distancia a la cual se encuentra un objeto.

Conexiones y Comportamiento de Componentes

• Conexión de un componente (ej. resistencia): A la carga y la otra conexión de la carga a positivo.
• Efecto sobre la resistencia: Aumenta la resistencia.
• Tipo de termistor: PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo).
• Funcionamiento del presostato: El presostato activa sus contactos cuando alcanza un nivel de presión.

Métodos de Frenado de Motores

• Frenado manual: Aplicar un frenado de manera manual para disminuir la velocidad del motor hasta pararlo.
• Frenado por inversión de marcha: Frenar la máquina generando un cambio en el sentido de giro del motor.
• Frenado por contracorriente: El arrancador provoca una contracorriente para frenar momentáneamente al motor.
• Propósito del frenado (ej. en el arranque): Para disminuir las corrientes de proceso de frenado.

Características de Motores y Variadores

• Definición (ej. motor especial): Es un motor con los pares de polos ajustables.
• Aplicabilidad del frenado: Se aplica solo a los motores de corriente alterna.
• Desventaja de ciertos sistemas (ej. variadores): Genera interferencias electromagnéticas.
• Frecuencia de salida (en variadores): Depende del variador, pero puede ser incluso superior a la red eléctrica a la cual está conectado el variador.

Termodinámica: Fundamentos y Propiedades de Sistemas

Definición de Termodinámica

Termodinámica: Es una disciplina que estudia los estados de equilibrio de los sistemas físicos y, en consecuencia, se interesa en los cambios de presión, temperatura y volumen específico de estos sistemas.

Conceptos Básicos de Sistemas Termodinámicos

Definición de Sistema

Sistema: Cantidad de materia o región del espacio que se delimita para realizar un estudio. En un sistema diferenciamos la frontera (los límites) y el entorno (parte externa del sistema que lo rodea).

Clasificación de Sistemas

La clasificación se basa en el intercambio de masa y energía a través de la frontera:

1. Sistema Cerrado: La frontera permite el paso de energía, pero no de masa.
   • Ejemplo: Olla a presión.
2. Sistema Abierto: Permite el paso de energía y masa.
   • Ejemplo: Estufa.
3. Sistema Aislado: La frontera no permite el paso de masa ni de energía.
   • Ejemplo: El termo.

Propiedades de un Sistema

Las propiedades se dividen según su dependencia de la cantidad de materia:

• Propiedades Intensivas: No dependen de la masa del sistema (ej. temperatura, presión).
• Propiedades Extensivas: Dependen de la masa del sistema (ej. masa, volumen).

Tipos de Procesos Termodinámicos Ideales

Un sistema sigue un ciclo si al final del proceso vuelve a su estado inicial.

Los procesos ideales se definen por la constancia de una propiedad:

• Proceso Isobárico: A presión constante.
• Proceso Isocórico: A volumen constante.
• Proceso Isotérmico: A temperatura constante.
• Proceso Adiabático: El calor intercambiado es nulo ($Q=0$).
• Proceso Isoentálpico: A entalpía constante ($H$).
• Proceso Isentrópico: A entropía constante ($S$).

Cambio de Fase y Entalpía

Cambio de Fase

En el punto crítico, el estado de vapor saturado coincide con el líquido saturado. Aquí hablamos de temperatura crítica, volumen crítico y presión crítica. Por encima del punto crítico no hay lugar a cambio de fase (se considera un fluido supercrítico).

Entalpía

La entalpía ($H$) se define como: $H = U + P \cdot V$ (donde $U$ es la energía interna, $P$ es la presión y $V$ es el volumen).