Trabajo de Investigación

5/8/2018 Trabajo de Investigación - slidepdf.com

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I. ABSTRACT

The following work is intended to explain what is anelectric motor, how its working is and which uses it have been

having since its cr eation u p to the actuality.

Basically a motor is a machine that transforms diff er ent kindsof energy into mechanical energy; in our case an electricalmotor is an electromechanical machine that transforms electric energy into mechanical energy. Ther e ar e also machines for the o pposite o peration (mechanical to electrical) and they ar e called generators.

Finally we ar e intended to pr esent a basic view of its most powerful a pplication: ³the bullet train´.

II. INTRODUCCIÓN

En este trabajo vamos a ver la im portancia y el pa pel princi pal que tiene el motor en nuestra vida cotidiana,observar emos que ti pos de motor es existen y en que a plicaciones son usados para hacer más fácil la vida delhombr e.

Básicamente lo que ver emos son los princi piosfundamentales que hacen funcionar a un motor, qué r elacióntiene con el cam po de la electrónica y en que estado actual se encuentra la tecnología del motor.

.

III. PALABRAS CLAVE

Las palabras que consideramos clave en este trabajo son:motor, r evolución, corriente, energía, transformación, cam pomagnético, conducción, potencia.

IV. R ESUMEN

Los motor es son máquinas elaboradas para ltransformación de energía (química, eléctrica, térmica, etc.) ddif er entes ti pos, en energía mecánica generalmente rotaciona

Un caso en particular de los motor es, son los motor eeléctricos los cuales mediante a plicación de las pro piedades dlos cam pos magnéticos permiten que al paso de una corrienteléctrica un conductor r eciba una fuerza per pendicular a ldir ección de la corriente. Con esto, se transforma la energíeléctrica en energía mecánica bien sea rotacional (los motor eeléctricos convencionales) o en energía mecánica lineal (eelementos más avanzados como los rieles del tr en bala). Egeneral, el uso de los motor es eléctricos pr esenta ciertaventajas ante los motor es de combustión interna fr ente a seficiencia, tamaño y sobr e todo fr ente al im pacto ambientaSin embargo, vale la pena aclarar que en general la obtencióde la energía eléctrica para el funcionamiento de los mismose r ealiza por medios contaminantes como plantas dcombustibles fósiles o plantas de energía nuclear.

V. MARCO TEÓR ICO

Para lograr entender el funcionamiento de un motor es dsuma im portancia conocer primero sus objetivos características princi pales. Como ya se ha explicado coanterioridad, el concepto de motor se puede r elacionar con esistema encargado de transformar cualquier ti po de energía emovimiento, dicho movimiento se conoce como la energí

mecánica. Uno de los motor es más usados son los eléctricoeste ti po de motor es tiene la tar ea de convertir energíeléctrica en mecánica.

El funcionamiento de la mayoría de los motor es estr elacionado con dos princi pios físicos, el primero de ellos es e princi pio de la inducción electromagnética el cual fudescubierto por el científico británico Michael Faraday en eaño de 1831; este princi pio sostiene el argumento de lgeneración de corriente eléctrica sobr e un conductor emovimiento solo si este último se encuentra en el interior d

Trabajo de InvestigaciónMotor es

Wilmar Danilo Pizo Caldón, Simón Gonzalo Tuta Quintero, David Reinerio Yanguas R ojas261850, 285846, 285845

Taller de Ingeniería ElectrónicaUniversidad Nacional de Colombia

Mayo 16 de 2011



un cam po electromagnético.

El segundo princi pio descubierto por el físico francés AndréMarie Am per e en 1820, nos indica un ef ecto contrario alanterior. Si tenemos un conductor situado en el interior de uncam po magnético y sobr e él a plicamos una corriente, dichocam po e jer cerá una fuerza mecánica sobr e el conductor.

La com posición de un motor es sencilla pero de be estudiarse minuciosamente. Un dis positivo normal cuenta conla intervención de algunos pistones en forma de tambor loscuales tienden a subir y a bajar, este movimiento provoca unasegunda acción que causa el giro de algunas bielas, en estasecuencia se incentiva un ef ecto sobr e el cigüeñal el cual procede a mover las ruedas originando de esta forma unaenergía mecánica.

La im portancia que han tomado los motor es en la vidacotidiana de los ser es humanos es primordial, aunque lamayoría de la sociedad no está familiarizada con elfuncionamiento y características de un motor común, si lo estáde una u otra forma con sus ventajas y cualidades. El motor eléctrico es fundamental en cualquier r ecinto al servicio de loshumanos, por lo tanto es muy im portante hacer un análisis

básico de sus pro piedades.

La gran mayoría de los motor es utilizados por la industriaactual son de combustión, esto significa que las máquinas de este ti po obtiene su energía mecánica gracias dir ectamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la cual se convierte en la parte princi pal de estos sistemas.

Otro ti po de motor es son los eléctricos, estos prototi posconvierte la electricidad en energía mecánica, se puedenclasificar en motor es de corriente alterna o motor es de corriente continua.

VI. TIPOS Y APLICACIO NES

Motores de corriente continua:

Tienen algunas similitudes con la estructura yfuncionamiento de un generador eléctrico, tienen la ca pacidadde convertir la corriente eléctrica que cir cula a través de él enenergía mecánica. La armadura de un motor eléctrico tiene una bobina de cable arrollada alr ededor de un núcleo de hierro, esta armadura se encuentra ubicada al interior de uncam po magnético, lo cual le permite girar sobr e su pro pio e je cuando se ha a plicado sobr e ella una corriente continua, esdecir, corriente que cir cula en una sola dir ección.

La velocidad de los motor es de corriente continua puede controlarse mediante la variación de la intensidad de lacorriente del cam po magnético. Cuando el motor incr ementasu velocidad, el voltaje inducido aumenta de forma aceleradahasta igualar el voltaje a plicado.

Motores de corriente alterna:

Por sus características y funciones se dividen en dos gru pos:

- Los motor es síncronos: su diseño se ha catalogado comun alternador trifásico con funcionamiento inverso. ³Loimanes del cam po se montan sobr e un rotor y se excitamediante corriente continua, por otra parte las bobinas de l

armadura están divididas en tr es partes, las cuales soalimentadas con la corriente alterna trifásica´. 2 La variacióen cada una de las ondas de corriente de la armadura provocuna r eacción magnética variable con los polos de los imanedel cam po, dicha r eacción hace que el cam po gir e a unvelocidad constante, la cual está determinada por la fr ecuencide la corriente en la línea de potencia de corriente alterna.

La velocidad constante de un motor síncrono puede r esultaventajosa en ciertas a plicaciones, sin embargo el uso de esto prototi pos es r estringido en situaciones donde la cargmecánica que actúa sobr e el motor es muy grande, en estcaso, dado que si el motor r educe su velocidad cuando est

bajo carga, puede quedar fuera de fase con la fr ecuencia de lcorriente y como consecuencia de jaría de funcionar.

- Los motor es de inducción: su estructura es de caja dardilla, es tal vez la más sencilla de entender. Este diseñutiliza una alimentación trifásica. La armadura de este ti po dmotor consiste en tr es bobinas fijas y es similar a la del motosíncrono. ³El elemento rotatorio consiste en un núcleo, en eque se incluye una serie de conductor es de gran ca pacidacolocados en cír culo alr ededor del árbol y paralelos a él´. 2 Snombr e se de be a que cuando el motor no posee un núcleoentonces los conductor es del rotor ado ptan una estructur

similar a las jaulas cilíndricas que se usaban para las ardillas.

El flujo de la corriente trifásica dentro de las bobinas de larmadura fija genera un cam po magnético rotatorio, y estinduce una corriente en los conductor es de la jaula. Lr eacción magnética entr e el cam po rotatorio y los conductor edel rotor que trans portan la corriente hace que este último gir eEstos motor es se pueden usar con corriente alternmonofásica, para ello se de ben utilizar dis positivos dinductancia y ca pacitancia, con el objetivo de causar unalteración en las características del voltaje monofásico aseme jarse de algún modo al voltaje bifásico, r eciben enombr e de motor es multifásicos o de condensador, ell

depende de los dis positivos que se usen en el desarrollo de sufunciones.

Motores de combustión:

Gran parte de las industrias desarrolladas del momentutilizan motor es de combustión y su clasificación depende dla estructura, funcionamiento y a plicación, así: eléctricoDiesel, gasolina, dos tiem pos, carga estratificada y ganatural.



Motor eléctrico:

Cuya finalidad es la de transformar corriente eléctrica enenergía mecánica.

Motor de gasolina (Convencional de Otto):

Su característica es la de as pirar una mezcla de air e y

combustible generalmente es la gasolina que se dis persa en elair e. El motor Otto es un sistema alternativo de transformaciónde energía, cuenta con un mecanismo pistón-cilindro, algunasválvulas de admisión y también válvulas de esca pe.

Trabaja con un sistema de cuatro tiem pos. Cada cilindro delmotor tiene dos válvulas, la de admisión A y la de esca pe E. Elárbol de llaves es el mecanismo encargado de abrir y cerrar lasválvulas en el momento pr eciso. Las fases o tiem pos con que trabajo un motor convencional Otto indican una secuencia de e jecución, la primera está asociada con el procedimiento de as piración, aquí el pistón baja y hace entrar la mezcla de air e ygasolina. El segundo tiem po es de com pr esión, el embolocom prime la mezcla inflamable lo que ocasiona un aumentoen la tem peratura. La carr era de trabajo se convierte en later cera fase del motor, en este punto la bujía juega un pa pelim portante, con una chis pa a pro piada es ca paz de iniciar laexplosión controlada del gas. El último tiem po es la carr era de esca pe, el pistón em puja los gases de combustión hacia el tubode esca pe.

Las a plicaciones del motor convencional Otto se han vistolimitadas de bido a la perdida de energía por la fricción y lar efrigeración que utiliza. En general, la eficiencia de este ti pode motor es depende de la com pr esión que demande, lo común

es que sea de 8 a 1 o de 10 a 1 para que sea viable en susdif er entes a plicaciones.

Motor diesel:

Es un motor térmico de combustión interna, el encendido de todo el sistema se logra gracias a las elevadas tem peraturas producto de la com pr esión de air e en el interior del cilindro.Los motor es diesel al igual que los de gasolina también tienencuatro tiem pos o dos según el diseño y a plicación para la que fueron cr eados, pero difier en en el desem peño de cada uno.

³Un motor diesel funciona mediante la ignición de la

mezcla air e-gas sin chis pa. La tem peratura que inicia lacombustión procede de la elevación de pr esión que se produce en el segundo tiem po del motor, com pr esión. El combustible diesel se inyecta en la parte su perior de la cámara de com pr esión a gran pr esión, de forma que se atomiza y se mezcla con el air e a alta tem peratura y pr esión´. [1] Elr esultado de éste procedimiento arroja una o ptimización en eltiem po de quemado de la mezcla. La combustión obtenidar eper cute en el gas haciendo que se expanda, esta acción lograim pulsar el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, el cual inicia un trabajo de giro

transformando el movimiento lineal del pistón en umovimiento rotatorio.

Su eficiencia depende de la com pr esión que demandan, ldif er encia entr e los motor es de gasolina y los diesel bajo est parámetro radica en una estimación mayor en los últimos, yque pueden alcanzar una com pr esión promedio de 14 a 1, edecir, que los motor es diesel necesitan una mayor robustez

el peso de los diesel es mayor que los de Otto.

Motores de dos tiempos:

Tanto el motor Otto como el diesel pueden r ealizar sufunciones princi pales con un acabado de tan solo dos tiem poPara lograrlo se necesitan modificar algunos puntos de lestructura. Aunque por obvias razones la eficiencia de umotor a dos tiem pos no es la misma que se consigue con unde cuatro, es im portante destacar las a plicaciones que htenido gracias a su princi pio básico de r educción de lduración en los periodos de absor ción de combustible y lexpulsión de gases a una partemínima de uno de los tiem pos.

Motores de carga estratificada:

Son los que trabajan con combustión, pero de dos eta pas; ela primera en la cámara de pr ecombustión se hace una ricmezcla de air e y de combustible; y en la segunda en la cámar princi pal de combustión una pobr e mezcla de air ecombustible. Su función es la r educción de emisiones sinecesidad de utilizar catalizador, ni sistema de r ecir culación.

Motores de gas natural:

De be o perar con ciclo Otto, no r equier e transformaciómecánica sustancial, solamente se de be equi par del sistema dalmacenamiento, carburación y avance del encendido. Es iguade seguro al motor de gasolina a pesar de que se trata de ulíquido altamente inflamable.

Motor Stirling:

Un motor de combustión puede ser clasificado comStirling si obtiene su potencia mecánica gracia a la expansióde un gas encerrado a alta tem peratura. Se conoce como ciclStirling al periodo que pro por ciona el movimiento del motodicho ciclo corr es ponde a la com pr esión de una cantidad fij

del llamado gas de trabajo por lo general hidrogeno o helio euna cámara de frio. Cuando el gas se com prime, entonces stransfier e a una cámara de calor, la cual es calentada por uquemador externo. Los anterior es procedimientos provocan lexpansión de del gas por toda la cámara, dicha acción pone emar cha a un pistón que pro por ciona el movimiento.

En conclusión, un motor Stirling puede transformar el caloen trabajo mecánico, esto se de be a la expansión del gas a altatem peraturas pro por ciona más trabajo que r equerido parcom primir la misma cantidad de gas a bajas tem peraturas.



También es pr eciso mencionar a los motor es térmicos, de chorro, de fluido continuo, alterno y rotativo.

VII. ESTADO DEL ARTE

Actualmente, des pués de haber conocido las dif er entesclases de motor es a base de combustibles contaminantes y

eléctricos, se busca de conseguir elementos motrices a base de energías no contaminantes, tales como: gas natural, biodiesel,

bioetanol, eléctricos y algunos otros en medios de trans porte sin la necesidad de usar motor como: la bicicleta, las patinetas,los patines, etc.

La energía solar también se ve a plicada al desarrollo de losmotor es buscando proveerlos de energía eléctrica para sufuncionamiento teniendo en cuenta que es un r ecursor enovable y no contaminante.

Tomando como base las investigaciones, quer emos

profundizar en el proyecto del tr en bala, el cual a nuestro par ecer es la alternativa más viable en cuanto a motor es de trans porte masivo que no contaminan el medio ambiente. El princi pio de funcionamiento es muy básico, usa la fuerzaelectromagnética cr eada entr e los imanes del tr en y las bobinasde la vía para hacer levitar y pro pulsar el tr en al mismotiem po.

Este proyecto se está llevando a cabo princi palmente enAlemania y Ja pón, y cr eemos que es una gran alternativa yaque utilizando las pro piedades eléctricas del tr en se eliminanfuerzas que pueden conllevar a una pérdida de energía, talescomo la fricción entr e tr en y riel, y disminuir riesgos como los

descarrilamientos.

VIII. SIMULACIO NES

Para simular el trabajo r ealizado por un motor, se usan programas más enfocados hacia el diseño de estructurasarquitectónicas en donde el trabajo de un motor es continuo,tales como SolidEdge, SolidWorks, etc.

Sin embargo para nuestro uso de motor es, Proteus nos da lao pción de simular el funcionamiento básico de un motor en

r elación a un cir cuito al que esté conectado, esto si lo que buscamos es saber cómo usar un cir cuito en combinación conun motor.

IX. GRÁFICAS

Aquí mostrar emos la r elación de las señales eléctricassuministradas a un motor, con la posición que este tomar es pecto a la cir cunf er encia.

Esto funciona princi palmente en los motor es que usaenergía eléctrica para funcionar y que de la misma forma socontrolados por esta.

También cómo es un cir cuito básico de control de un motoeléctrico.

Como los motor es eléctricos son los únicos que funcionacon condiciones controlables desde su misma fuente denergía por eso son de los únicos que podemos hablar dforma general ya que los demás motor es funcionan co princi pios que no pueden ser tan generalizados.

X. TABLAS

Ahora vemos en la siguiente tabla estándar es dalimentación de un motor eléctrico dependiendo de su

características más fundamentales.

* Para motor es de air e acondicionado



XI. FÓRMULAS

Los motor es de corriente continua y corriente alterna estánr egidos por fórmulas en su funcionamiento, aquímencionar emos la de potencia útil de un motor de corriente alterna.

Donde U es el voltaje suministrado, I es la corriente delmotor, r es el radio del rotor y el ángulo entr e el rotor y elestator.

Y la de fuerza de un motor de corriente continua.

Donde F es la fuerza en Newton, B es la densidad delcam po magnético en teslas, I es la corriente en am perios y l esla longitud del conductor en metros.

XII. CO NCLUSIO NES

y Los motor es son máquinas muy útiles que permitenel a provechamiento de cualquier ti po de energía paraconvertirla en energía mecánica.

y La a plicabilidad de los motor es en la actualidad esmuy am plia y va desde el motor de un sim ple carrode juguete hasta los servomotor es de loscom ponentes robóticos de los transbordador eses paciales

y La o ptimización que le podemos dar a los motor esmás que buscar cómo me jorarlos es buscar cómohacerlos más amigables con el medio ambiente tantoen sus fuentes de energía como en la manera en que trabajan.

XIII. R EFER ENCIAS [1] Tomado de htt p://www.microcaos.net/ocio/motor/motor es-distintos-ti pos-de-motor/

XIV. BIBLIOGRAFÍA

htt p://www.microcaos.net/ocio/motor/motor es-distintos-ti pos-de-motor/

htt p://es.wiki pedia.org/wiki/Motor_de _ corriente _ continua

htt p://es.wiki pedia.org/wiki/Motor_de _ corriente _alterna

htt p://es.wiki pedia.org/wiki/Servomotor_de _modelismo

htt p://www.nichese.com/formulas3.html

htt p://fi paniyoxfisico.blogs pot.es/1225571460/-como-funciona-el-tr en-bala-/

htt p://www. pemex.com/files/content/NR F-095-PEMEX-200506-firmado. pdf

htt p://www.angelfir e.com/ planet/motorinfo/

Microsoft Encarta 2009/motor es y generador es eléctricos.

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