DEFINICION DE HIDROELECTRICAS Y MOTORES AC DC

INDICE

. 1

1.   Hidroelectricas. 1

1.1    Definición. 2

ANTECEDENTE CONCEPTUAL DE LA HIDROELÉCTRICA.. 2

1.2    Tipos de Centrales Hidroelectricas. 3

1.3    Componentes de las hidroeléctricas. 4

2.   motores. 7

2.1 DEFINICION.. 7

2.2 PRINCIPIOS.. 8

2.3 TIPOS DE MOTORES.. 9

2.3.1. Motores de corriente alterna. 9

Motor síncrono. 9

Motor asíncrono. 10

Motor lineal 11

2.3.2. Motor de corriente continua. 11

Principio de funcionamiento. 12

Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor 13

Número de escobillas. 13

Sentido de giro. 14

Reversibilidad. 14

 

 

 

 

1.            Hidroelectricas

 

1.1    Definición

Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central.

 

El agua es conducida mediante una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la generación de energía eléctrica en alternadores.

 

 

 

FUENTE: http://es.wikipedia.org/wiki/Central_hidroel%C3%A9ctrica

 

 

 

 

 

 

 

ANTECEDENTE CONCEPTUAL DE LA HIDROELÉCTRICA

 

En el universo, como consecuencia de los innumerables fenómenos que en el ocurren continuamente, se está produciendo sin cesar una transformación o intercambio de energía entre los cuerpos. Claros ejemplos de estos sucesos los vemos en los molinos de viento en los cuales la energía cinética de las moléculas de aire se transforma en energía potencial del agua que el molino eleva.

En una represa la energía potencial del agua, que se encuentra en un embalse a gran altura, se transforma en energía cinética al caer en el fondo de la represa. Allí gran parte de su energía cinética se transforma en energía cinética de las turbinas que hace mover. Esta energía cinética se transforma a su vez en energía eléctrica en los generadores conectados a las turbinas. La energía eléctrica se distribuye, mediante alambres conductores, a las ciudades vecinas. Durante este proceso de distribución, parte de la energía eléctrica se transforma en energía calorífica que se manifiesta en el calentamiento de los alambres. Ya en la ciudad el resto de la energía eléctrica continua transformándose en más energía calorífica, en planchas, cocinas eléctricas, etc., en energía radiante en las lámparas eléctricas, en energía cinética en los motores, y así podríamos seguir indefinidamente la historia y evolución de cada una de estas formas de energía a través del espacio y el tiempo.

Si en cualquier transformación de energía se miden las cantidades de energía de cada forma que intervienen en el proceso, se comprueba que siempre que desaparece cierta cantidad de energía de una forma determinada aparece una cantidad equivalente de otra o varias formas de energía.

El resultado de estos juicios nos conducen a un enunciado muy importante el cual define que la cantidad total de energía del universo es constante; ni se crea ni se destruye; únicamente se transforma. Principio físico enunciado por el Alemán Robert Mayer, En el año de 1842.

 

1.2              Tipos de Centrales Hidroelectricas

·         Centrales de base. Son las que están destinadas a suministrar energía eléctrica de manera continua. Tienen una potencia elevada y normalmente son las centrales nucleares, las grandes centrales térmicas y las centrales hidráulicas.

 

·         Centrales de punta. Proyectadas para cubrir demandas de energía en las horas punta. Trabajan en paralelo con las centrales de base.

 

·         Central de reserva. Tienen por objeto sustituir total o parcialmente la producción de una central base, en caso de avería o reparación.

 

·         Centrales de bombeo. Son centrales hidroeléctricas que aprovechan la energía sobrante en las horas valle, para bombear agua a un embalse superior y en las horas punta la aprovechan para dar energía en la red.

 

1.3    Componentes de las hidroeléctricas

Los elementos más característicos de una central son la presa, los conductos de agua, la sala de máquinas, los transformadores y el parque de distribución.

 

La presa.

Es una construcción, normalmente de hormigón, que se alza sobre el suelo del río y perpendicular a su dirección, con la finalidad de retener el agua, para elevarla a un nivel suficiente y formar un embalse. Dependiendo de las características orográficas y de su emplazamiento, se escogerá entre una configuración u otra.


Hay 4 tipos diferentes de presas, y son los siguientes:

De gravedad, que retienen el agua gracias al tipo de materiales empleados, como mampostería u hormigones.

De contrafuerte, formadas por una pared impermeable situada aguas arriba, y contrafuertes resistentes para su estabilidad, situados aguas abajo.

De arco-bóveda, que aprovechan el efecto transmisor del arco para transferir los empujes del agua al terreno.

De tierra o escollera, con un núcleo de material arcilloso, que a veces es tratado químicamente o con inyecciones de cemento.

 

 

 

Los conductos de agua.

Las presas tienen unas compuertas que permiten regular el caudal y están protegidas por un enrejado metálico para evitar la entrada de elementos sólidos. Pero las presas, también cumplen la función de regular el caudal de los ríos, por tanto, deben ser capaces de permitir la evacuación del agua sin necesidad de que pase por las turbinas. Para esto utiliza unos rebosadores equipados con compuertas, y a pie de presa se construyen unos elementos amortiguadores de la energía adquirida por el agua cuando cae. En la parte más honda de la presa, están los desagües, que permiten el vaciado de todo el embalse a fin de realizar diferentes tareas.

La sala de máquinas.

Es donde están situadas las máquinas motrices de la central. En función de la altura del salto y del caudal de agua se utilizan diferentes tipos de turbinas. Las más importantes son las: Pelton, Francis y Kaplan.

 

Rueda PELTON:

En la figura se muestra un croquis de la turbina en conjunto para poder apreciar la distribución de los componentes fundamentales.
Un chorro de agua convenientemente dirigido y regulado, incide sobre las cucharas del rodete que se encuentran uniformemente distribuidas en la periferia de la rueda. Debido a la forma de la cuchara, el agua se desvía sin choque, cediendo toda su energía cinética, para caer finalmente en la parte inferior y salir de la máquina. La regulación se logra por medio de una aguja colocada dentro de la tubería.

Este tipo de turbina se emplea para saltos grandes y presiones elevadas

 

Turbina KAPLAN:

En los casos en que el agua sólo circule en dirección axial por los elementos del rodete, tendremos las turbinas de hélice o Kaplan. Las turbinas Kaplan tienen alabes móviles para adecuarse al estado de la carga.
Esta turbinas aseguran un buen rendimiento aún con bajas velocidades de rotación.
La figura muestra un croquis de turbina a hélice o Kaplan.

 

 

Parque de distribución.

La tensión obtenida es igual o inferior a 20kV. Con los transformadores se eleva a la tensión adecuada para su transporte. En el parque de distribución, la central se conecta a la red de transporte. Este transporte se realiza mediante las líneas de alta tensión.

La mayoría de las centrales están interconectadas a través de la red de transporte, por tanto, han de estar sincronizadas para tal que sus aportaciones de energía sean compatibles.

 

 

2.            motores

2.1 DEFINICION

 

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica rotativa que transforma energía eléctrica en energía mecánica. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:

  • A igual potencia su tamaño y peso son más reducidos.
  • Se pueden construir de cualquier tamaño.
  • Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.
  • Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 80%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).
  • La gran mayoría de los motores eléctricos son máquinas reversibles pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía mecánica en eléctrica.

Por estos motivos son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y demás aplicaciones que no requieran autonomía respecto de la fuente de energía, dado que la energía eléctrica es difícil de almacenar. La energía de una batería de varios kilos equivale a la que contienen 80 gramos de gasolina. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.

 

2.2 PRINCIPIOS

 

Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se establece o se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica sobre el conductor.

 

La máquina dinamoeléctrica más sencilla es la dinamo de disco desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un imán de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del disco y su borde debido a la acción del campo del imán. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicación de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por el campo magnético.

 

El campo magnético de un imán permanente sólo tiene fuerza suficiente como para hacer funcionar una dinamo pequeña o motor. Por ello, los electroimanes se emplean en máquinas grandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades básicas: el inductor, que crea el campo magnético y que suele ser un electroimán, y la armadura o inducido, que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el campo magnético y transporta la corriente inducida en un generador, o la corriente de excitación en el caso del motor. La armadura es por lo general un núcleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollan los cables conductores.

 

 

2.3 TIPOS DE MOTORES

 

2.3.1. Motores de corriente alterna

Los motores de corriente alterna están formados por dos partes principales:

1.     El estator es la parte externa del motor que no gira. Esta consta de embobinados, que al ser alimentados por corriente alterna, generan un campo magnético rotativo.

2.     El rotor es la parte del motor que gira, debido a la acción del campo magnético rotativo del estator.

Los motores de corriente alterna se clasifican en:

 Motor síncrono

La velocidad de giro de un motor síncrono es constante y viene determinada por la frecuencia de la tensión de la red a la que este conectada y el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo". La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados anteriormente es:

n=\frac{60f}{p}

donde:

  • f: Frecuencia de la red a la que esta conectada la máquina (hercios)
  • p: Número de pares de polos que tiene la máquina (número adimensional)
  • n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto)

Por ejemplo, si se tiene una máquina de cuatro polos (2 pares de polos) conectada a una red de 50 Hz (frecuencia típica en Europa), la máquina operará a 1500 r.p.m.

Los motores sincrónos se caracterizan porque su rotor está magnetizado. Esto puede ser de varias formas: por ejemplo un imán permanente, bobinas energizadas por medio de una conexión exterior, etc.

Un caso especial de motor síncrono es el denominado condensador síncrono, cuya finalidad es actuar como condensador para mejorar el factor de potencia de una instalación.

 

Motor asíncrono

En un motor asíncrono o motor de inducción, el campo magnético rotativo induce en el rotor un campo magnético que se opone al primero, resultando en un par que hace que el rotor gire en el mismo sentido del giro del campo magnético rotativo. Para que el campo magnético pueda producirse, el rotor tiene que girar a una velocidad un poco menor que la del campo magnético rotativo. Por esto, su velocidad de giro es siempre inferior a la velocidad de sincronismo, aumentando esa diferencia a medida que aumenta la carga resistente del motor. La diferencia entre la velocidad de sincronismo y la real de la máquina es relativamente pequeña incluso con cargas elevadas. Esta diferencia de velocidad se llama "deslizamiento".

El motor asíncrono más conocido es el motor denominado jaula de ardilla. Su nombre se debe al parecido del rotor con una jaula, donde acostumbran a correr los roedores que se mantienen como mascotas. Este tipo de motor no proporciona ningún voltaje al rotor por medio de conexiones externas. Cuando se incrementa la potencia del motor suele ser necesario emplear diferentes sistemas de arranque para limitar la punta de corriente que se produce durante el arranque. Por su simplicidad de funcionamiento y su robustez es el tipo de motor eléctrico más empleado.

Motor lineal

Los motores lineales son usados ampliamente en guías lineales y en algunos tipos de trenes de alta velocidad.

 

2.3.2. Motor de corriente continua

 

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotativo. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica han caído en desuso pues los motores de corriente alterna del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más asequibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto el uso de motores de corriente continua sigue y se usan en aplicaciones de trenes o tranvías

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.

Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, los cuales pueden estar devanados sobre la periferia del estator, o pueden estar de forma saliente. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado.

 

 Principio de funcionamiento

Según la segunda Ley de Laplace, un conductor por el que pasa una corriente eléctrica que causa un campo magnético a su alrededor tiende a ser expulsado si se le quiere introducir dentro de otro campo magnético.

 

Ley de LaplaceF = B \cdot l \cdot I

F: Fuerza en Newton

I: Intensidad que recorre el conductor en Amperios

L: Longitud del conductor en metros

B: Inducción en Teslas

 

 

Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor

Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador.

La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.

Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura.

E = \frac{P \cdot n \cdot \phi \cdot N}{60 \cdot a}

en la que:

E: Fuerza contraelectromotriz en voltios (V)

P: Número de pares de polos

n: Número de conductores

φ: flujo en webers (Wb)

N: Velocidad en revoluciones por minuto (rpm)

a: número de pares de ramas en paralelo.

 

Número de escobillas

Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina.

En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos.

Sentido de giro

El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido.

La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido.

Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.

Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina.

Reversibilidad

Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.

Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga.

En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica.

En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.

 

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_alterna

http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml

http://html.rincondelvago.com/motores_historia.html

http://html.rincondelvago.com/funcionamiento-de-una-hidroelectrica.html

http://html.rincondelvago.com/centrales-hidroelectricas_4.html

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/hidroelectrica.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Central_hidroel%C3%A9ctrica

http://www.unesa.net/unesa/html/sabereinvestigar/esquemas/esquemas.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Central_hidroel%C3%A9ctrica

Biblioteca de Consulta Microsoft ® Encarta ® 2005. © 1993-2004 Microsoft Corporation