Práctica 1


Práctica 1: Reconocimiento de equipos que integran el laboratorio
Objetivo
Conocer e identificar cada uno de los equipos que se verán dentro de la materia de máquinas eléctricas.

¿Qué es una subestación?
Una subestación eléctrica es una instalación, o conjunto de dispositivos eléctricos, que forma parte de un sistema eléctrico de potencia. Su principal función es la producción, conversión, transformación, regulación, repartición y distribución de la energía eléctrica. La subestación debe modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, para que la energía eléctrica pueda ser transportada y distribuida. El transformador es el equipo principal de una subestación.
Las subestaciones eléctricas pueden ser estaciones de transformación, con uno o varios transformadores que elevan o reducen la tensión; o subestaciones de maniobra, que más que transformar la tensión lo que hacen es conectar dos o más circuitos.
Subestación transformadora elevadora:
Se trata de un tipo de subestación encargada de elevar la tensión generada de media a alta o muy alta para poderla transportar.
Subestaciones transformadoras reductoras:
Estas subestaciones tienen como objetivo reducir la tensión de alta o muy alta a tensión media para su distribución.

Transformadores
Los transformadores son dispositivos electromagnéticos estáticos que permiten partiendo de una tensión alterna conectada a su entrada, obtener otra tensión alterna mayor o menor que la anterior en la salida del transformador.
Permiten así proporcionar una tensión adecuada a las características de los receptores. También son fundamentales para el transporte de energía eléctrica a largas distancias a tensiones altas, con mínimas perdidas y conductores de secciones moderadas.
Constan esencialmente de un circuito magnético cerrado sobre el que se arrollan dos bobinados, de forma que ambos bobinados están atravesados por el mismo flujo magnético. El circuito magnético está constituido (para frecuencias industriales de 50 Hz) por chapas de acero de poco espesor apiladas.
El bobinado donde se conecta la corriente de entrada se denomina primario, y el bobinado donde se conecta la carga útil, se denomina secundario.
La corriente alterna que circula por el bobinado primario magnetiza el núcleo de forma alternativa. El bobinado secundario está así atravesado por un flujo magnético variable de forma aproximadamente senoidal y esta variación de flujo engendra por la Ley de Lenz, una tensión alterna en dicho bobinado.



Clasificación de transformadores:
  • Transformador de potencia: Se utilizan para substransmisión y transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales de generación y engrandes usuarios. 
  • Transformador de distribución: Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVAy de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima delas clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales. 
  • Transformadores secos encapsulados en resina epoxi: Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. 
  • Transformadores herméticos de llenado integral: Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. 
  • Transformadores rurales: Están diseñados para instalación mono poste en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos. 
  • Transformadores subterráneos: Transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras, en cualquier nivel, pudiendo ser utilizado donde haya posibilidad de inmersión de cualquier naturaleza. 
  • Transformadores auto protegidos: El transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque. 
  • Autotransformadores: Los autotransformadores se usan normalmente para conectar dos sistemas de transmisión de tensiones diferentes, frecuentemente con un devanado terciario en triángulo. De manera parecida, los autotransformadores son adecuados como transformadores elevadores de centrales cuando se desea alimentar dos sistemas de transporte diferentes. En este caso el devanado terciario en triángulo es un devanado de plena capacidad conectado al generador y los dos sistemas de transporte se conectan al devanado, autotransformador. El autotransformador no sólo presenta menores pérdidas que el transformador normal, sino que su menor tamaño y peso permiten el transporte de potencias superiores.
  •         Transformadores de corriente: Los transformadores de corriente se utilizan para tomar muestras de corriente de la línea y reducirla a un nivel seguro y medible, para las gamas normalizadas de instrumentos, aparatos de medida, u otros dispositivos de medida y control. Ciertos tipos de transformadores de corriente protegen a los instrumentos al ocurrir cortocircuitos.Los valores de los transformadores de corriente son:
    Carga nominal: 2.5 a 200 VA, dependiendo su función.
    Corriente nominal: 5 y 1A en su lado secundario. Se definen como relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Unas relaciones típicas de un transformador de corriente podrían ser: 600/5, 800/5, 1000/5.
    Usualmente estos dispositivos vienen con un amperímetro adecuado con la razón de transformación de los transformadores de corriente, por ejemplo: un transformador de 600/5 está disponible con un amperímetro graduado de 0 - 600A.
  • Transformador de potencial TT/PP: Es un transformador devanado especialmente, con un primario de alto voltaje y un secundario de baja tensión. Tiene una potencia nominal muy baja y su único objetivo es suministrar una muestra de voltaje del sistema de potencia, para que se mida con instrumentos incorporados.
  • Transformador de medición: Para llevar a cabo una medición se requiere de unos Transformadores de Medición los cuales se conforman de Transformadores de Corriente (TCs) y Transformadores de Potencial (TPs) o Transformadores Combinados (TCs y TPs en uno sólo).
    Los transformadores de medición son los que transforman tanto la corriente como el potencial en medidas de lectura para el medidor que instala la CFE
Desarrollo
Durante la visita al Laboratorio de Máquinas eléctricas primeramente fue posible apreciar una subestación eléctrica. Tal como se ha visto en la introducción, los principales elementos de la subestación eléctrica son los transformadores que permiten la conversión de la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Particularmente, en la subestación eléctrica se cuentan con 3 transformadores monofásicos de baño de aceite, que en conjunto forman un banco trifásico.
La configuración del banco de transformadores es configuración estrella, misma que se emplea cuando se necesita la presencia de un conductor neutro.
Por otro lado, el laboratorio cuenta con una gran variedad de motores y generadores, algunos de ellos se emplean como máquinas y otros con un fin didáctico.
En esta imagen se puede apreciar en su totalidad lo que compone a un rotor de una máquina de corriente directa. Se encuentra el embobinado, las delgas, las ranuras, el eje y el colector.
En esta imagen, se puede apreciar el estator, la carcasa del motor, las piezas polares y las zapatas polares.

Por otra parte, también se pudo observar un acoplamiento entre una máquina síncrona y una máquina de corriente directa. En tal caso se utiliza un motor síncrono que proporciona energía mecánica hacia un generador de corriente directa. Ambas máquinas están acopladas mediante sus ejes. En la siguiente figura se observa el tablero de control de las máquinas.

Como parte del generador de corriente directa, se observa el interior de tal dispositivo, las escobillas visibles así como un interpolo. Recordemos que los interpolos tienen como finalidad contrarrestar o corregir la reacción de armadura que se produce con la interacción de campos. En tal caso el campo principal, aquel que se genera en el estator, se ve distorsionado por el campo en la armadura, provocando que el plano neutro se descoloque.

En estas dos imágenes, se puede apreciar que se trata de un motor de inducción, ya que se ve claramente las barras de jaula de ardilla que están en el rotor.



Aquí se puede observar cuatro motores y sus respectivos ejes. Los primeros dos de arriba son de motores asíncronos y los de abajo pertenecen a un motor de corriente alterna síncrona.


Conclusión:
La realización de esta práctica nos ayudó a comprender de mejor manera los temas vistos en clase y en las tareas, pero considero que ver las máquinas en funcionamiento hubiera sido mejor para algunas cuestiones.
A pesar de que el laboratorio es “viejo” en algunas máquinas, creemos que cumple su función de fines didácticos, ya que cuenta con los elementos que se ven en la materia de máquinas eléctricas.
Logramos identificar elementos importantes de las máquinas de corriente directa y alterna, como las escobillas, las delgas, las zapatas polares y en el caso de las alternas, las jaulas de ardilla. Consideramos que es una práctica muy importante que se debería ver a inicios del semestre para familiarizarnos con las máquinas que se verán durante el semestre.

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