Pérdidas y rendimiento en máquinas eléctricas
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Pérdidas eléctricas:
Por los circuitos circula una corriente que debido a la resistencia que presenta el mismo desarrolla una potencia que se transforma en calor por el efecto joule. A esa potencia que no se puede aprovechar se la llama potencia eléctrica.
Las pérdidas del cobre son función del cuadrado de densidad de corriente y del peso del material activo.
Pcu=2,41.j2.G para cc.
Pcu=2,41.k.j2.G para ca.
Pérdidas magnéticas:
Se producen cuando los flujos magnéticos son variables.
Pérdidas por histéresis: se deben a los fenómenos de imantación cíclica.
Pérdidas por corrientes parásitas: se deben a las corrientes inducidas en los núcleos del hierro.
Si se suman forman las pérdidas totales, expresadas en watt/kg.
Pfe= Pp+Pn.
Pfe= p0.c.B2max.gfe.
Estas pérdidas en el hierro son función del cuadrado de la densidad de flujo magnético y del peso del material magnético activo.
Rendimiento máximo, pérdidas fijas y variables:
Pérdidas fijas: Pf= Pre+Pm+Pad.
Pérdidas variables: Pv=Pcu=XPv2.
N máximo= Pf= XPv2=Pv.
Como la V y el factor de potencia son constantes, la potencia es función directa de la intensidad de corriente (P=k.I).
Pérdidas fijas:
Se pueden expresar como una fracción de la potencia útil al cuadrado.
-Una máquina tiene su Nmax en la condición de carga que corresponde a la igualdad de las pérdidas.
Pérdidas mecánicas
Aparecen en las máquinas rotantes debido a:
• Rozamiento de los cojinetes en que apoya el eje de giro.
• Rozamiento de las escobillas contra colectores o anillos rozantes.
• Rozamiento de partes móviles del aire.
• Potencia que absorben los sistemas de enfriamiento o ventilación.
Las 3 primeras son función de la primera potencia de la velocidad de giro N.
La cuarta se rige por el cubo de esa N 3.
Pérdidas adicionales
Perdidas debido a efectos secundarios en el cobre y en el hierro. Se han adoptado valores estimativos para las mismas del orden del 0,5 a 1% de la potencia útil.
Rendimiento
Toda la máquina que transforma energía absorbe una potencia Pa y entrega una potencia útil Pu. Pa > Pu.
La diferencia Pa-Pu=Pp. (Pérdidas totales) suma de todas las pérdidas. El rendimiento es la relación entre la potencia útil y la absorbida.
Potencia nominal
Es la potencia cuando las condiciones son nominales. Cuando se trata de generadores esta se mide en bornes y su unidad es Kw en C.C y Kwa en C.A. En motores CV, hp, kw.
Tipos de servicio
S1: Servicio continuo.
Funcionamiento ininterrumpido de la máquina a régimen nominal durante tiempo ilimitado.
S2: Temporario.
Funcionamiento a régimen nominal durante un lapso determinado y en reposo su temperatura desciende a la del medio ambiente.
S3: Intermitente.
Funcionamiento a régimen nominal durante un lapso determinado seguido de un reposo donde su temperatura no desciende a la del medio ambiente.
Capacidad de sobrecarga:
Las máquinas para servicio continuo suministran por tiempo indefinido su potencia nominal sin pasar la temperatura límite. Si son sometidas a servicio temporario se puede obtener de ellas potencias superiores a la nominal sin dañarla.
Si aumentamos la potencia de trabajo aumenta la temperatura rápidamente, ya que en definitiva llegará a una temperatura límite superior. Para no producir daños en el aislamiento no podremos trabajar en servicio continuo, pero sí en temporario deteniendo el funcionamiento al alcanzar la temperatura límite.
Para una sobrecarga del 10%, un tiempo de t10.
Para una sobrecarga del 20%, un tiempo de t20 y su correspondiente tiempo de enfriamiento.
A mayor sobrecarga, menor tiempo de servicio.