15573270 13 Reacion d Schotten Baumann Obtencion d Benzoato de Fenilo
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EPIME – 2015
REACCION DE LA ARMADURA
1. Carcasa
La carcasa se requiere como una trayectoria de retorno para todo el flujomagnético circulante que pasa de los polos del campo a la armadura. Este
requisito de conducción del flujo determina la selección transversal necesaria del
material magnético, que por lo general es un acero al carbón. La construcción
más usual consiste en una estructura de anillo rolado con el empalme final de la
soldada por maquinaria
automática, lo que,
obviamente, deja una soldadura
visible.
2. Estructura de la armadura
La estructura de la armadura tiene una doble función,. Ya que por una parte es
el asiento de los alambres del devanado que pasan a través del campo magnético
y, por otra es una fracción sustancial del circuito de flujo magnético. Dado que
cualquier parte de la estructura magnética de la armadura recibe inversionescclicas en la dirección del flujo magnético, está sujeta a pérdidas más severas
por corrientes parásitas que las !apatas de los polos del campo y se construye,
por tanto, en forma invariablemente laminada.
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La construcción usual, desde los modelos más peque"os #asta los gigantes
que suministran potencias del orden de los $ilo%atts, consiste en una pila de
discos de una aleación de acero magnético. Estos discos tienen muescas o
perforaciones en su periferia para acomodar y soportar el devanado de laarmadura. El tama"o requerido del apilamiento se mantiene gracias a unos
remac#es apropiados, paralelos al eje. Los remac#es mismos constituyen una
trayectoria para las corrientes parásitas y son un camino de corto circuito para los
voltajes generados, de manera que deben estar aislados. Ya sea eso o su función
se toman en cuenta uniendo en forma ad#esiva las laminaciones mediante un
barni! aislante. &in importar cómo estén unidas las laminaciones, los devanados
mismos refuer!an la solide! de la unidad. En los modelos mayores se asegura la
unión entre las laminaciones y al eje, a fin de transmitir pares de fuer!as.
3. Bobinas del devanado de la armadura
Las bobinas del devanado de la armadura se colocan en las ranuras en
diversas disposiciones o arreglos . 'un cuando la configuración de estas bobinas
se #ace desde un punto de vista eléctrico, deben disponerse de manera mecánica
de tal modo que se puedan montar en las ranuras de las láminas. Esta monturadebe estar asegurada mecánicamente contra fuer!as centrfugas y pares( debe
estar apropiadamente aislada y debe permitir el ensamblaje más simple posible.
3.1. Cojinetes de la flecha de la armadura
Los cojinetes o chumaceras se requieren para que la armadura pueda girar
libremente y al mismo tiempo esté confinada en su posición.
3.2. Estructura de los extremos de campana
La locali!ación geométrica de los cojinetes con respecto a la carcasa se
controla mediante los e)tremos de campana, que son estructuras cubiertas que
cierran la máquina.
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3.2 Bobinas de campo
La generación del campo magnético se logra usando las bobinas decampo,
que rodean a los polos del campo.
Estas bobinas se mantienen en su lugar entre la !apata del polo y la carcasa. &e
emplean varios tipos y combinaciones de bobinas, los cuales dependen de si #ay
muc#as vueltas de alambre relativamente delgado dise"ado para producir los
ampere*vuelta que se requieren con una peque"a corriente del voltaje de lnea, o
pocas vueltas de alambre más grueso dise"ado para trabajar con una cada devoltaje peque"a. 'l primero de estos tipos se le conoce como bobina en
derivación, mientras que al segundo se le llama bobina en serie, ya que está
conectada en serie con la lnea principal de la armadura. +uando están presentes
los dos tipos de embobinado, se dice que la combinación es un campo
compuesto.
1. Devanados
La parte que realmente trabaja en un motor o en un generador, es el devanado.
generan los voltajes o la fuer!a que se convierte en par o acción del motor. Los
devanados de campo sirven para producir el campo magnético que se requiere, y
consumen entre y -/ de la corriente de la máquina, si son devanados en
derivación. De manera análoga, si el campo está devanado en serie, llevará la
corriente total de la armadura pero ocupará sólo un porcentaje peque"o del voltaje
presente en la armadura. &ea como fuere, los devanados de la armadura tienen
una mayor potencia y son la parte más importante de la máquina.
4.1 Tipos de devanado
0ay sólo dos configuraciones básicas del devanado1 el traslapado y el
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ondulado. En algunas máquinas grandes se usa una combinación de estos dos
tipos básicos, y se le llama devanado de ancas de rana por la apariencia de las
bobinas antes de ser instaladas. +ada tipo de devanado tiene más subdivisiones
en relación con el n2mero de conductores que se colocan paralelamente, de
modo que un devanado es simple si tiene un solo conductor.4.2. Tipos de devanado
0ay sólo dos configuraciones básicas del devanado1 el traslapado y el
3ndulado. En algunas máquinas grandes se usa una combinación de estos dos
tipos básicos, y se le llama devanado de ancas de rana por la apariencia de las
bobinas antes de ser instaladas. +ada tipo de devanado tiene más subdivisiones
en relación con el n2mero de conductores que se colocan paralelamente, demodo que un devanado es simple si tiene un solo conductor, doble si tiene dos
conductores paralelos, triple si #ay tres, etc.
1.3. Devanados ondulados
El devanado ondulado tiene básicamente el mismo aspecto trape!oidal en los
que es el cuerpo de la bobina, y la diferencia está en que sus e)tremos quedan
separados 4véase 5igura 67. Las terminales de la bobina se conectan a
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segmentos del conmutador que están un segmento menos o uno más que la
distancia angular entre dos polos de campo de polaridad igual. 8n devanado
ondulado debe rodear la armadura antes de cerrar su recorrido en el punto donde
comen!ó.
. El conmutador
Los devanados deben terminar en la unidad rotatoria conocida como
Conmutador . 9sta se #ace casi siempre con segmentos en forma de cu"a #ec#os
de cobre estirado en fro. Los segmentos de cobre, o delgas, están aislados uno de
otro y también de los soportes de sus e)tremos por medio de tiras de mica. El uso
de cobre en una pie!a sometida a desgaste puede parecer inusual, pero #asta
a#ora no se #a encontrado un mejor material. Los requerimiento de baja
resistencia, e)celente conductividad y buena resistencia al desgaste mecánico son
conflictivos entre s.
El análisis de los tipos de devanados #a revelado una caracterstica com2n
de todos los motores de cd y de los devanados de los generadores1 los
devanados son cerrados y continuos alrededor de la armadura, salen #acia un
segmento del conmutador y regresan de inmediato a la estructura magnética. '
todos los segmentos del conmutador se les trata igual en cualquier máquina. :or
lo general #ay dos cone)iones por barra, una de entrada y otra de salida en dos
niveles diferentes.
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.1. Campos de conmutaci!n
En las máquinas de cd más grandes, en aquellas con una potencia
- #p o - $; #acia arriba, entre los polos principales del campo se colocan
campos de conmutación, los cuales son más peque"os que los polos del campo
principales pero se construyen en forma similar.
.2. Devanado de compensaci!n
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De manera e)clusiva en las unidades más grandes de uso pesado puedeencontrarse a veces un devanado de compensación, el cual se instala en las carasde las !apatas de los polos de los campos principales. El devanado decompensación se requiere, además de los campos de conmutación, con el objetode que el proceso de conmutación esté libre de c#ispas cuando circulen corrientes
muy altas o bien en condiciones transitorias. En la figura se muestra una unidadgrande con su carcasa separable a la mitad( a# se puede apreciar tanto loscampos de conmutación como el devanado de compensación.
.3. Escobillas
La función de conmutación la reali!an conjuntamente el conmutador y las
escobillas, las cuales se #acen generalmente de una me!cla de carbono, grafito o
carbono relleno con cobre. :ara esta aplicación los requerimientos son baja
resistencia de contacto, cierta resistencia interna controlada y buenas cualidades
ante el desgaste. La superficie real de contacto está entre la escobilla y una
superficie de ó)ido de cobre en el conmutador. &i #ay demasiada fricción y
producción de c#ispas, el ó)ido de cobre se gasta más rápido que como se
repone, acortándose la vida de la escobilla. <odo esto puede llega a ser un gran
problema, pero se obtiene una vida más larga si se #ace un dise"o adecuado.
.4. "orta escobillas
Las escobillas se mantienen en su lugar mediante los portaescobillas,
apoyados en una de las campanas. &e utili!an diversos tipos de portaescobillas,
dependiendo del tama"o, n2mero de escobillas, ventilación y necesidades de
acceso para el mantenimiento. En las máquinas más peque"as las escobillas se
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apoyan en tubos aislados, y en las más grandes se montan sobre manguitos
rectangulares o en mecanismos articulados. En la construcción de los e)tremos
de campana #ay una variedad de apertura o de protección, seg2n sean los usos
de mantenimiento.
. Espaciamiento de las escobillas
Las escobillas se mantienen en contacto con el conmutador cada -=g.eléctricos. Estas escobillas tienen las polaridades positiva y negativa en formaalternada. 0ay el mismo n2mero de escobillas o juegos que polos en el campoprincipal( por tanto, una máquina de = polos tendrá = escobillas o juegos deescobillas igualmente espaciados alrededor del conmutador. En algunos casos,cuando se usa un devanado ondulado, no se sigue esta regla.
.#. "osici!n neutra de las escobillas
&i los voltajes en el conmutador se miden mientras la armadura está girandolos polos del campo principal se e)citan mediante un agente e)terno, se puede ver un patrón angular. &i el voltaje se mide de manera progresiva alrededor de unconmutador comen!ando en un punto donde se #alle una escobilla negativa, seencontrará un voltaje gradualmente más positivo. Luego, conforme se atraviesa laregión del conmutador que se conecta a los devanados que se encuentran ya enel campo magnético y funcionando, se agregarán incrementos sustanciales devoltaje. :or 2ltimo, la rapide! del aumento del voltaje se reduce conforme seconectan los segmentos del conmutador que están conectados a los devanadosubicados en la salida del e)tremo lejano de la región del campo en funcionamiento.
#. $E%CC&'( ) $E%CT%(C&% DE *% %$+%D,$%
#.1. $eacci!n de la armadura
'#ora bien el flujo de armadura atraviesa el entre#ierro y se combinacon el flujo producido por el estator flujo de armadura y flujo del estator ambosflujos tienen la misma dirección en la mitad de cada cara polar y direccióncontraria en la otra mitad por lo que la densidad de flujo se incrementa en la
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!ona donde los flujos son aditivos y se reduce en la parte donde sonsustractivos.
Debido a la saturación magnética el incremento de flujo es menor que eldecremento , por lo que el flujo resultante resulta menor y por consiguiente lareacción de armadura ejerce un efecto desmagneti!aste sobre la caras polares.
Esto se traduce en una diminución de f.e.m generada por la máquina.
3tro inconveniente es que despla!a el plano neutro de un ángulo estoempeora la conmutación y obliga a despla!ar las escobillas también de unángulo lo q acrecienta a2n más el efecto de des magneti!ación dela reacciónde armadura.
La forma y disposición del campo magnético que generan los camposprincipales se ven distorsionados cuando circulan corrientes en los devanados dela armadura, ya que éstos también están produciendo una estructura magnética.El campo magnético producido en la armadura está desfasado > gradoseléctricos de los campos principales. Estos dos campos se combinan en forma
vectorial dando por resultado un campo distorsionado.En la figura se muestra el campo magnético tpico no distorsionado de un polo decampo cuando en la armadura circula una corriente nula, o casi nula.
-iura Distribución del flujo
?agnético debido sólo a los polos de
+ampo.
En la figura se ve el campo producido por la armadura, que se presenta en un
grado apro)imadamente proporcional a la corriente de la armadura.
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-iura
Distribución del flujo magnéticodebido sólo a la e)citación de laarmadura.
En la figura se muestra el resultado de lacombinación de los dos campos. El
campo magnético en uno de los lados del polo de campo se ve reducido( el campodel polo central es casi e mismo que cuando no #ay corriente en la armadura,
mientras que en el otro lado del polo de campo éste se incrementa en formasustancial.
-iura. Distribución combinada del
5lujo debido a la armadura y el
campo.
La corriente en la armadura ocasiona una distorsión en el flujo de laarmadura no le ocasiona que las bobinas produ!can c#ispas en la conmutación.
Esto se reduce de dos maneras18na es moviendo la escobillas #acia el nuevo punto muerto.4@irando7 '"adiendo unos polos au)iliares en el medio que contrarresten el flujo
creado por la armadura. 4Anterpolo7
:ara evitar los inconvenientes de la reacción de armadura las máquinasde c.c de mayor potencia utili!an interpolos au)iliares y arrollamiento de
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compensación , con los que se logra neutrali!ar por completo la reacción dearmadura aumentando el entre#ierro
En la figura se muestra esquemáticamente una máquina , con el agregadode los polos au)iliares y del arrollamiento compensador, aunque este 2ltimo nosera com2n en una máquina de dos polos. <ambién se indicaron los sentidos delas fuer!as magneto motrices, y como se puede observar, tanto los polos
au)iliares 45au)7 como el arrollamiento compensador 45c7 generan fuer!asmagneto motrices opuestas a la de la armadura 45a7.
Los efectos de la reacción de armadura en una máquina bien dise"ada,con polos au)iliares y arrollamiento compensador, funcionará correctamente entodas las condiciones de carga y velocidad, a2n con peque"as sobrecargas. 8namáquina en tales condiciones, se dice que está totalmente compensada.
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#.2.
$eactancia de la armadura
La reactancia de la armadura, cuyo nombre es parecido al anterior peroes un fenómeno diferente, es el resultado de la reactancia inductiva del devanadoen particular de la armadura en el que se esté efectuando la conmutación. Elproceso de conmutación de un circuito de armadura rotatoria incluye la inversión dela corriente en cada bobina conforme pasa por las escobillas.
#.3. El circuito man/tico
Es necesario recordar que la densidad de flujo que cuenta es la que #ay
Entre#ierro, entre las caras de los polos de campo y las bobinas de la armadura
directamente adyacentes. 9ste es el flujo que cortan las bobinas del devanado de
la armadura en movimiento. El flujo restante que #ay alrededor de la máquina es
necesario para cerrar el circuito magnético. El propósito del dise"o es el de
conseguir .
FUNCIONAMIENTO DE LA REACION DE ARMADURA
ROTACION DEL CAMPO MAGNETICO DE LOS POLOS BAJO CARGA
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CAMPO MAGNETICO DE ARMADURA
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