Máquinas Eléctricas para Mecatrónica

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Existen múltiples conjuntos de normas que buscan establecer parámetros para garantizar un suministro energético de calidad. La calidad de la energía se ve afectada por distintas variables que pueden causar daños en las máquinas, además de reducir la eficiencia de las mismas, generar costos innecesarios en las cuentas eléctricas, entre otros.

Estas normas no aplican únicamente para maquinaria industrial; regular la calidad energética es importante tanto en fábricas y establecimientos comerciales como en zonas residenciales.

Además, pueden surgir situaciones en las cuales el suministro se ve afectado por factores externos, tales como tormentas eléctricas o interrupciones del servicio por fallos en la red. En estos casos, el equipo resulta especialmente susceptible a los daños.

A final de cuentas, la calidad es algo que se determina en gran medida de acuerdo a los requerimientos del usuario final, por lo cual se puede asumir que hay buena calidad en general en un sistema en el cual el suministro eléctrico cumple los requerimientos necesarios para que las máquinas operen eficientemente sin sufrir daños ni afectar su productividad.

Factores a considerar

Cuando el sistema eléctrico no tiene buena calidad de energía, todo se traduce en costos económicos para las terminales. En los últimos años, el uso de sistemas automatizados en las industrias, fábricas y otras se ha incrementado y esto ha hecho más importante que la energía eléctrica que suministran las compañías sea de calidad para las industrias, ya que los costos de reparación y mantenimiento de la maquinaria aumentan también.

También es importante considerar el aspecto ambiental. Cuando los sistemas operan eficientemente, se aprovecha la energía de manera adecuada. Cuando no es el caso, se puede dar un gasto superior e innecesario. En un mundo donde los recursos energéticos son tan importantes en la conservación del medio ambiente, dichos desperdicios se deben evitar al máximo.

Variables que inciden en la calidad energética

Interrupciones/distorsiones de voltaje

Existen diversas formas de distorsión del voltaje que se pueden dar en el sistema eléctrico. Una de ellas es una caída de voltaje, en la cual el voltaje RMS nominal se ve disminuido por un corto período de tiempo, o el caso contrario, un pico del mismo.

Una interrupción también puede ser un caso en el que se reduce el voltaje de línea en menos de 10% respecto al nominal, por un lapso que no exceda los 60 segundos. Estas interrupciones pueden darse debido a defectos de control, fallas del sistema o por uso inadecuado del sistema de breakers.

Si este tipo de fallas que se presentan muy frecuentemente dan lugar al envejecimiento de los componentes de una máquina.

Variación de voltaje de corta duración

Se refiere a la elevación o disminución de la tensión RMS momentáneamente, en algunos casos es posible detectar visualmente como un parpadeo en la iluminación o una disminución en su intensidad, también en monitores o pantallas. Las variaciones se dividen en dos casos, la amplificación y la depresión, que como sus nombres lo dicen se refieren a un aumento y a una reducción en el voltaje C.A respectivamente, y se dice que son de corta duración porque se pueden dar en un rango de tiempo de entre 8ms y 2s aproximadamente.

Variaciones de tensión de larga duración

De manera similar que las variaciones de tensión de corta duración, estas son oscilaciones en el valor RMS del voltaje, con la diferencia de que estas son de una duración mayor a un minuto. Se tiende a considerar de larga duración cuando excede por más de ese tiempo el valor límite que rige la norma ANSI C84.1

Las variaciones de tensión de larga duración se pueden clasificar en 3 tipos: el primero es la sobretensión, que se da cuando el voltaje aumenta a un nivel mayor al 110% en comparación con el valor nominal durante un minuto o más; la segunda es la baja tensión que se da, al contrario del anterior por una reducción del voltaje de menos de un 90% del valor nominal, estas dos clasificaciones por lo general no se dan debido a una falla del sistema, sino por variaciones en la carga o debido a conexiones o desconexiones repentinas. Existe una tercera clasificación denominada interrupción sostenida, que se presenta cuando hay una falta de tensión durante más de un minuto, por lo general cuando se presentan este tipo de variaciones tienden a ser permanentes y requieren que se repare el sistema con intervención humana.

Corrientes armónicas

Un armónico se define como una señal no sinusoidal descompuesta en señales senoidales, con frecuencias representadas por distintos números enteros múltiplos de una frecuencia fundamental. La distorsión armónica se representa con el espectro total armónico y los ángulos de fase de cada componente, y comúnmente se mide utilizando la distorsion total armonica (THD). El impacto que esto tiene en las máquinas es que provocan corrientes que generan efectos negativos; se dan por la aparición de corrientes no lineales que generan un aumento de los componentes armónicos, los cuales se presentan como distorsiones en la onda de voltaje, por lo que las variaciones en la calidad energética debido a los armónicos son de las más preocupantes.

Todo esto produce que industrias, residencias y comercios alrededor corran el riesgo de que sus equipos tengan ciertas características no deseadas, las cuales se explicarán a continuación:

• Sobrecalentamiento y pérdida de aislamiento térmico (efecto Joule)

El efecto Joule se explica cómo el fenómeno que ocurre cuando se pasa de energia electrica a energia calorica. Este fenómeno se presenta en los devanados de un transformador, lo cual provoca pérdidas, sobrecalentamiento en la máquina, y se pierde el aislante térmico.

• Desclasificación

En el caso de los transformadores se presenta el fenómeno de desclasificación, que se define como las pérdidas adicionales en un transformador (por medio del efecto Joule), lo que provoca que los equipos deban ser operados a menos de su disipación de potencia máxima nominal.

• Aumento de pérdidas magnéticas por Histéresis y corrientes parásitas

Por el fenómeno de las corrientes parásitas se produce el efecto pelicular,