Clasificación de Pérdidas en la Máquina de Corriente Directa
Principalmente existen dos tipos
de pérdidas:
a.
Pérdidas por frotamiento en los cojinetes
Esto se da a consecuencia de los coeficientes de fricción
en los cojinetes, impidiendo un movimiento completamente libre al momento de
realizar el giro del rotor. Sin embargo, no se encuentra completamente
relacionado con el hierro presente en el mismo.
b.
Perdidas por ventilación
El movimiento de sólidos (los elementos girantes) y los
fluidos (el aire), genera pérdidas naturales por los coeficientes de fricción
de cada uno de ellos. Es por esto que es necesario tener la menor distancia
necesaria entre los componentes, tanto para tener una mejor conductividad como
para tener la menor cantidad de problemas por aerodinámica.
2.- Pérdidas
rotacionales. Son el conjunto de las pérdidas por frotamientos y aquéllas
referente en el hierro.
a.
Pérdidas por la resistencia de las escobillas
Dependiendo del tipo de los carbones que utilicen las escobillas, será la calidad con la que tengan una mejor conductividad. A su vez, tienen como influencia importante la cantidad de impurezas de su fabricación.
b.
Pérdidas por frotamiento con el aire del rotor
Durante el proceso de giro, a que el aire aminora el efecto
Joule, transmisión de la energía eléctrica en forma de calor, tiene como
consecuencia una resistencia del aire, la cual tiene dos consecuencias
principales: el aire funciona como dieléctrico y rechaza una correcta
transmisión de la energía, aunque por otra parte asegura una mejor
conductividad entre los componentes.
c.
Pérdidas en el cobre de la excitatriz
De manera semejante, el problema recae en términos de
materiales, en este caso el mayor factor es el esmalte con el que se realiza el
aislamiento, del cual existen muchos grados y por medio de factores de
conductividad o aislamiento se puede obtener un cálculo óptimo.
d.
Pérdidas en el cobre del inducido o armadura
Al momento de realizar la inducción de voltaje en un
sistema, la distancia, la intensidad, el largo y la velocidad con la que se
realiza la transmisión tienen una gran trascendencia en la calidad y
subsecuentemente las pérdidas probables a consecuencia de lo mismo.
e.
Pérdidas en el hierro (Histéresis y Foucault)
i. Histéresis:
Cuando un material ferromagnético, sobre el cual ha
estado actuando un campo magnético, cesa la aplicación de éste, el material no
anula completamente su magnetismo, sino que permanece un cierto magnetismo
residual.
Para desimantarlo será precisa la aplicación de un
campo contrario al inicial.
Este fenómeno se llama HISTERESIS magnética, que
quiere decir, inercia o retardo.
Los materiales tienen una cierta inercia a cambiar su
campo magnético. La figura representa el llamado CICLO DE HISTERESIS (también
lazo o bucle de histéresis) de un determinado material magnético. Se supone que
una bobina crea sobre dicho material magnético una intensidad de campo H, el
cual induce en ese material magnético una inducción (valga la redundancia) de
valor B.
Así a una intensidad de campo H0 le corresponderá una
inducción de valor B0.
Si ahora aumenta H (aumentando la corriente que
circula por la bobina) hasta un valor H1, B también aumentará hasta B1.
Se invierte una potencia exclusivamente en magnetizar el
núcleo, esta potencia no tiene ninguna otra aplicación práctica, por lo que se
puede hablar de potencia perdida en imantación del núcleo y, efectivamente, se
consideran las llamadas PERDIDAS POR HISTERESIS. Como quiera que éstas resultan
ser directamente proporcionales al área del lazo de histéresis, interesa pues
que esta área sea lo menor posible. Se invierte una potencia exclusivamente en magnetizar el
núcleo, esta potencia no tiene ninguna otra aplicación práctica, por lo que se
puede hablar de potencia perdida en imantación del núcleo y, efectivamente, se
consideran las llamadas PERDIDAS POR HISTERESIS. Como quiera que éstas resultan
ser directamente proporcionales al área del lazo de histéresis, interesa pues
que esta área sea lo menor posible.
ii. Foucault:
Los equipos eléctricos están formados por piezas,
trozos de conductor que se mueven en un campo magnético o están situadas en un
campo magnético variable, dando lugar a corrientes inducidas que circulan por
el volumen del conductor. Estas corrientes se denominan de Foucault.
Cuando se coloca una pieza de metal en un campo
magnético variable con el tiempo B(t), se genera un campo eléctrico que produce
un movimiento de las cargas libres en el conductor metálico, generando
corrientes.
Estas corrientes disipan energía en el metal en forma
de calor. Daremos un ejemplo, en la siguiente página dedicada a las corrientes
de Foucault.
Cuando una pieza de metal se mueve en una región en la
que existe un campo magnético no uniforme pero constante en el tiempo B(r) se
generan corrientes y la energía se disipa en el conductor metálico. Este
fenómeno se puede explicar por medio de la fuerza de Lorentz. A causa de la
disipación de la energía se produce una fuerza de frenado que disminuye la
velocidad de la pieza metálica.
Para dejar en términos prácticos
los pasados ejemplos definidos, se muestra un diagrama en el que visualmente se
demuestran las potencias y pérdidas en un circuito:
En el diagrama la nomenclatura utilizada representa:
Pab = T.ω [W]
La potencia entregada por la
máquina impulsora en el caso del generador través del eje (Cupla[N.m] . velocidad
angular [r/s])
Pab = U. I [W]
La potencia absorbida desde la
red eléctrica
Pi = E. IA [W]
Es la potencia interna de la
máquina es la potencia útil más las pérdidas rotacionales en el caso del motor,
o bien la potencia absorbida menos las pérdidas rotacionales en el caso de
generador
pCu ind.
Son las pérdidas en el inducido o
armadura en las resistencias de las bobinas principales y de conmutación
pCu exc
Son las pérdidas en las
resistencias del circuito de excitación (Resistencia de la bobina + resistencia
para regular la corriente de excitación).
Bibliografía
Wiederick H. D. Gauthier D. A.,
Rochon P. Magnetic braking: Simple theory and experiment. Am. J. Phys.
55 (6) June 1986, pp. 500-503.
En la parte de histéresis está duplicado el texto.
ResponderBorrarSaludos y gracias!