Máquinas eléctricas PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA. Miguel Ángel Asensio Hernández Curso IES Cristo del Rosario, Zafra

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1 Máquinas eléctricas PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA Miguel Ángel Asensio Hernández Curso IES Cristo del Rosario, Zafra

2 Índice 1. Presentación 3 2. Introducción al módulo 3 3. Orientaciones pedagógicas 4 4. Contenidos básicos establecidos por el M.E.C 5 5. Resultados de aprendizaje y criterios de evaluación 7 6. Orientaciones metodológicas Estructura de las unidades de trabajo en el libro de máquinas eléctricas Distribución temporal de las unidades de trabajo del libro de máquinas eléctricas Actividades, cuestiones, problemas y prácticas propuestas 12 Capítulo 1. Introducción al taller de máquinas eléctricas 12 Capítulo 2. Nociones de magnetismo 13 Capítulo 3. Interpretación de documentación técnica en máquinas eléctricas 14 Capítulo 4. Construcción de transformadores eléctricos de pequeña potencia 15 Capítulo 5. Ensayo de transformadores eléctricos 15 Capítulo 6. Máquinas de corriente continua y sus bobinados 21 Capítulo 7. Mantenimiento y reparación de máquinas eléctricas de corriente continua 22 Capítulo 8. Ensayo de máquinas eléctricas de corriente continua 23 Capítulo 9. Máquinas de corriente alterna y sus bobinados 24 Capítulo 10. Mantenimiento y reparación de máquinas eléctricas de corriente alterna 25 Capítulo 11. Ensayo de máquinas eléctricas de corriente alterna 25 Capítulo 12. Instalación de motores eléctricos 26 Capítulo 13. Prevención de riesgos laborales y protección ambiental Materiales y equipos didácticos 28 2

3 1. Presentación En la programación se incluyen y se describen los materiales curriculares que presentó el Ministerio de Educación y Ciencia por REAL DECRETO 177/2008, de 8 de febrero publicado en el B.O.E. de por el que se establece el título de Técnico en Instalaciones Eléctricas y Automáticas y se fijan las enseñanzas mínimas. Para ello se siguen las directrices trazadas por el mencionado REAL DECRETO y las actividades de formación que pueden ser adaptadas y aplicadas por los docentes de forma directa. La programación está dividida en 10 apartados, que son: 1. Presentación. 2. Introducción al módulo. 3. Orientaciones pedagógicas. 4. Contenidos básicos establecidos por el MEC. 5. Resultados de aprendizaje y criterios de evaluación. 6. Orientaciones metodológicas. 7. Estructura de las unidades de trabajo en el libro de máquinas eléctricas. 8. Distribución temporal de las unidades de trabajo. 9. Actividades, cuestiones, problemas y prácticas propuestas. 10. Material didáctico y equipos didácticos. A continuación se desarrollan cada uno de estos 10 puntos. 2. Introducción al módulo El desarrollo didáctico y la programación del módulo de Máquinas Eléctricas se obtiene a partir del perfil del ciclo formativo Instalaciones Eléctricas y Automáticas, que se identifica por los siguientes elementos: Denominación: Instalaciones Eléctricas y Automáticas. Nivel: Formación Profesional de Grado Medio. Duración: horas. Familia Profesional: Electricidad y Electrónica. Referente europeo: CINE-3 (Clasificación Internacional Normalizada de Educación) El ciclo formativo Instalaciones Eléctricas y Automáticas está dividido en 12 módulos profesionales, como unidades coherentes de formación, necesarios para obtener la titulación de técnico en Instalaciones Eléctricas y Automáticas. La duración establecida para este ciclo es de horas, incluida la formación en centros de trabajo. Estas horas se dividen en 2 periodos anuales lectivos, cinco trimestres en el centro educativo y el sexto trimestre en el centro de trabajo. 3

4 Uno de los módulos incluidos en este ciclo formativo es el de Máquinas Eléctricas, que tiene una duración aproximada de 130 horas, a impartir en el 2º curso, con una frecuencia de 6 horas por semana. Las competencias de este módulo están recogidas en el artículo 4. Competencia general y 5. Competencias profesionales, personales y sociales de REAL DECRETO 177/2008., y es: Instalar y mantener máquinas eléctricas rotativas y estáticas en condiciones de calidad y seguridad. Es importante que las realizaciones que se planteen como básicas tengan como punto de referencia el sistema productivo y en concreto la ocupación o el puesto de trabajo que pueden desempeñar los técnicos que realizan este módulo. 3. Orientaciones pedagógicas Este módulo profesional contiene la formación necesaria para desempeñar la función de mantenimiento, reparación, ensayos y maniobras de máquinas eléctricas estáticas y rotativas. La definición de estas funciones incluye aspectos como: La interpretación y representación de esquemas de máquinas eléctricas. La interpretación de información técnica destinada al mantenimiento de máquinas. La medición de magnitudes eléctricas. El desmontaje y montaje de transformadores. Las pruebas y ensayos para verificar el funcionamiento de transformadores. El desmontaje y montaje de máquinas eléctricas rotativas de corriente continua y alterna. Las pruebas, ensayos y curvas de características para verificar el funcionamiento de máquinas eléctricas rotativas de corriente continua y alterna. El montaje de instalaciones para el arranque y maniobras de máquinas rotativas. Las actividades profesionales asociadas a esta función se aplican en: Mantenimiento de máquinas eléctricas en instalaciones industriales. Mantenimiento de máquinas eléctricas en instalaciones de viviendas y edificios (grupos de bombeo de agua, depuradoras de piscinas y equipos de riego, entre otras). Reparación de máquinas eléctricas asociadas a electrodomésticos. Bobinado y reparación de máquinas eléctricas. La formación del módulo contribuye a alcanzar los objetivos generales del ciclo formativo y las competencias del título. 4

5 Las líneas de actuación en el proceso enseñanza-aprendizaje que permiten alcanzar los objetivos del módulo versarán sobre: Interpretación y diseño de esquemas eléctricos y documentación técnica. Desmontaje y montaje de máquinas eléctricas. Realización de bobinados. Mantenimiento y verificación de funcionamiento de máquinas eléctricas. Realización de instalaciones de arranque y maniobras de máquinas eléctricas rotativas. 4. Contenidos básicos establecidos por el M.E.C El módulo de máquinas eléctricas se estructura con las siguientes unidades de trabajo. Interpretación de documentación técnica en máquinas eléctricas. Simbología normalizada y convencionalismos de representación en reparación de máquinas eléctricas. Planos y esquemas eléctricos normalizados. Aplicación de programas informáticos de dibujo técnico y cálculo de instalaciones. Elaboración de planes de mantenimiento y montaje de máquinas eléctricas. Normativa y reglamentación. Montaje y ensayo de Transformadores. Generalidades, tipología y constitución de transformadores. Características funcionales, constructivas y de montaje. Valores característicos (relación de transformación, potencias, tensión de cortocircuito, entre otros). Devanados primarios y secundarios. Núcleos magnéticos. Operaciones para la construcción de transformadores. Cálculo de los bobinados. Ensayos normalizados aplicados a transformadores. Mantenimiento y reparación de Transformadores. Técnicas de mantenimiento de transformadores. Herramientas y equipos. Diagnóstico y reparación de transformadores. Normas de seguridad utilizadas en el mantenimiento de transformadores. 5

6 Montaje de máquinas eléctricas rotativas. Generalidades, tipología y constitución de máquinas eléctricas rotativas. Características funcionales, constructivas y de montaje. Valores característicos (potencia, tensión, velocidad, rendimiento, entre otros). Curvas características de las máquinas eléctricas de CC y CA. Devanados rotóricos y estatóricos. Circuitos magnéticos. Rotor y estator. Procesos de montaje y desmontaje de máquinas eléctricas de CC y CA. Ensayos normalizados de máquinas eléctricas de CC y CA. Normas de seguridad utilizadas en el montaje de máquinas rotativas. Mantenimiento y reparación de máquinas eléctricas rotativas. Técnicas de mantenimiento de máquinas eléctricas rotativas. Herramientas y equipos. Diagnóstico y reparación de máquinas eléctricas rotativas. Normas de seguridad utilizadas en la construcción y mantenimiento de máquinas eléctricas rotativas. Maniobras de las máquinas eléctricas rotativas. Regulación y control de generadores de cc rotativos. Arranque y control de motores de cc. Regulación y control de alternadores. Arranque y control de motores de ca. Normas de seguridad utilizadas en instalaciones de máquinas eléctricas rotativas. Prevención de riesgos laborales y protección ambiental. Identificación de riesgos. Determinación de las medidas de prevención de riesgos laborales. Prevención de riesgos laborales en los procesos de montaje y mantenimiento. Equipos de protección individual. Cumplimiento de la normativa de prevención de riesgos laborales. Cumplimiento de la normativa de protección ambiental. 6

7 5. Resultados de aprendizaje y criterios de evaluación 1. Elabora documentación técnica de máquinas eléctricas relacionando símbolos normalizados y representando gráficamente elementos y procedimientos. Criterios de evaluación: a) Se han dibujado croquis y planos de las máquinas y sus bobinados. b) Se han dibujado esquemas de placas de bornes, conexionados y devanados según normas. c) Se han realizado esquemas de maniobras y ensayos de máquinas eléctricas. d) Se han utilizado programas informáticos de diseño para realizar esquemas. e) Se ha utilizado simbología normalizada. f) Se ha redactado diferente documentación técnica. g) Se han analizado documentos convencionales de mantenimiento de máquinas. h) Se ha realizado un parte de trabajo tipo. i) Se ha realizado un proceso de trabajo sobre mantenimiento de máquinas eléctricas. j) Se han respetado los tiempos previstos en los diseños. k) Se han respetado los criterios de calidad establecidos. 2. Monta transformadores monofásicos y trifásicos, ensamblando sus elementos y verificando su funcionamiento. Criterios de evaluación: a) Se ha seleccionado el material de montaje según cálculos, esquemas y especificaciones del fabricante. b) Se han seleccionado las herramientas y equipos adecuados a cada procedimiento. c) Se ha identificado cada pieza de la máquina y su ensamblaje. d) Se han realizado los bobinados del transformador. e) Se han conexionado los devanados primarios y secundarios a la placa de bornes. f) Se ha montado el núcleo magnético. g) Se han ensamblado todos los elementos de la máquina. h) Se ha probado su funcionamiento realizándose ensayos habituales. i) Se han respetado los tiempos previstos en los procesos. j) Se han utilizado catálogos de fabricantes para la selección del material. k) Se han respetado criterios de calidad. 7

8 3. Repara averías en transformadores, realizando comprobaciones y ajustes para la puesta en servicio. Criterios de evaluación: a) Se han clasificado averías características y sus síntomas en pequeños transformadores monofásicos, trifásicos y autotransformadores. b) Se han utilizado medios y equipos de localización y reparación de averías. c) Se ha localizado la avería e identificado posibles soluciones. d) Se ha desarrollado un plan de trabajo para la reparación de averías. e) Se han realizado operaciones de mantenimiento. f) Se han realizado medidas eléctricas para la localización de averías. g) Se ha verificado el funcionamiento de la máquina por medio de ensayos. h) Se han respetado los tiempos previstos en los procesos. i) Se han respetado criterios de calidad. 4. Monta máquinas eléctricas rotativas, ensamblando sus elementos y verificando su funcionamiento. Criterios de evaluación: a) Se han seleccionado el material de montaje, las herramientas y los equipos. b) Se ha identificado cada pieza de la máquina y su ensamblaje. c) Se han utilizado las herramientas y equipos característicos de un taller de bobinado. d) Se han realizado bobinas de la máquina. e) Se han ensamblado bobinas y demás elementos de las máquinas. f) Se han conexionado los bobinados rotórico y estatórico. g) Se han montado las escobillas y anillos rozantes conexionándolos a sus bornas. h) Se ha probado su funcionamiento realizándose ensayos habituales. i) Se han respetado los tiempos previstos en los procesos. j) Se han respetado criterios de calidad. 5. Mantiene y repara máquinas eléctricas realizando comprobaciones y ajustes para la puesta en servicio. Criterios de evaluación: a) Se han clasificado averías características y sus síntomas en máquinas eléctricas. b) Se han utilizado medios y equipos de localización de averías. c) Se ha localizado la avería y propuesto posibles soluciones. 8

9 d) Se ha desarrollado un plan de trabajo para la reparación de averías. e) Se han realizado medidas eléctricas para la localización de averías. f) Se ha reparado la avería. g) Se ha verificado el funcionamiento de la máquina por medio de ensayos. h) Se han sustituido escobillas, cojinetes, entre otros. i) Se han respetado los tiempos previstos en los procesos. j) Se han respetado criterios de calidad. 6. Realiza maniobras características en máquinas rotativas, interpretando esquemas y aplicando técnicas de montaje. Criterios de evaluación: a) Se han preparado las herramientas, equipos, elementos y medios de seguridad. b) Se han acoplado mecánicamente las máquinas. c) Se han montado circuitos de mando y fuerza, para las maniobras de arranque, inversión, entre otras. d) Se han conexionado las máquinas a los diferentes circuitos. e) Se han medido magnitudes eléctricas. f) Se han analizado resultados de parámetros medidos. g) Se ha tenido en cuenta la documentación técnica. h) Se han respetado los tiempos previstos en los procesos. i) Se han respetado criterios de calidad. j) Se ha elaborado un informe de las actividades realizadas y resultados obtenidos. 7. Cumple las normas de prevención de riesgos laborales y de protección ambiental, identificando los riesgos asociados, las medidas y equipos para prevenirlos. Criterios de evaluación: a) Se han identificado los riesgos y el nivel de peligrosidad que suponen la manipulación de los materiales, herramientas, útiles, máquinas y medios de transporte. b) Se han operado las máquinas respetando las normas de seguridad. c) Se han identificado las causas más frecuentes de accidentes en la manipulación de materiales, herramientas, máquinas de corte y conformado, entre otras. d) Se han descrito los elementos de seguridad (protecciones, alarmas, pasos de emergencia, entre otros) de las máquinas y los equipos de protección individual (calzado, protección ocular, indumentaria, entre otros) que se deben emplear en las distintas operaciones de mecanizado. 9

10 e) Se ha relacionado la manipulación de materiales, herramientas y máquinas con las medidas de seguridad y protección personal requeridos. f) Se han determinado las medidas de seguridad y de protección personal que se deben adoptar en la preparación y ejecución de las operaciones de montaje y mantenimiento de las máquinas eléctricas y sus instalaciones asociadas. g) Se han identificado las posibles fuentes de contaminación del entorno ambiental. h) Se han clasificado los residuos generados para su retirada selectiva. i) Se ha valorado el orden y la limpieza de instalaciones y equipos como primer factor de prevención de riesgos. 6. Orientaciones metodológicas Se van a exponer una serie de orientaciones metodológicas encaminadas a conseguir que el alumno conozca la importancia del tema de las máquinas eléctricas dentro del proceso productivo de cualquier industria, servicio, residencia, etc., y se interese profesionalmente en esta materia técnica. Los temas deben exponerse en un lenguaje sencillo a la vez que técnico para que el alumno, futuro profesional, vaya conociendo la terminología y el argot que se utiliza en el campo de las máquinas eléctricas. Los diferentes temas que componen el módulo son materias difícilmente transportables al aula, por lo que debemos realizar el trabajo en los talleres y valernos de material gráfico como diapositivas, vídeos, catálogos comerciales, etc., para que el alumno conozca los materiales, componentes de las máquinas, aparatos de medida, bancos de ensayo, etc. El tema relativo a las máquinas eléctricas nos permite realizar prácticas con materiales reales, como puede ser el proceso de construcción de máquinas, reparación, mantenimiento, etc. Se deben suministrar a los alumnos esquemas reales sencillos de bobinado, planos mecánicos de despiece de máquinas, documentos normalizados de mantenimiento preventivo de máquinas, etc., para que puedan correlacionar la información teórica impartida con el desarrollo práctico en el mundo laboral de los diferentes temas Utilizar información técnico-comercial, de empresas o distribuidores de la zona, para que los alumnos conozcan los materiales, características, aplicaciones, formas de comercialización, etc. Inculcar la idea de trabajo en equipo, diseñando los trabajos o actividades por equipos de alumnos (2 ó 3 por actividad), que es lo que se van a encontrar después en el mundo del trabajo. Plantear las prácticas en función del orden de ejecución de las tareas, la exactitud en los montajes y las conexiones, las verificaciones y comprobaciones de las máquinas y sobre todo guardar y hacer guardar las normas básicas de seguridad. 10

11 Los alumnos deberán realizar, con la ayuda del material necesario, tantas prácticas sobre cada tipo de máquinas como sea posible, en función del tiempo disponible. 7. Estructura de las unidades de trabajo en el libro de máquinas eléctricas Cada una de las unidades didácticas o capítulos del libro está compuesta por los siguientes apartados: Introducción. Contenidos. Objetivos. Desarrollo de los contenidos. Actividades, problemas o prácticas propuestas. 8. Distribución temporal de las unidades de trabajo del libro de máquinas eléctricas Según se indicaba en el Apartado 2 de esta programación, este módulo se imparte en el 2º curso del ciclo formativo y tiene una duración de 130 horas lectivas, a razón de 5 horas a la semana. La distribución de los tiempos o temporalización de las diferentes unidades o capítulos que forman el módulo es: Capítulo 1.- Introducción al taller de máquinas eléctricas 3 horas Capítulo 2.- Nociones de magnetismo 6 horas Capítulo 3.- Capítulo 4.- Interpretación de documentación técnica en máquinas eléctricas 3 horas Construcción de transformadores eléctricos de pequeña potencia 12 horas Capítulo 5.- Ensayo de transformadores eléctricos 6 horas Capítulo 6.- Máquinas de corriente continua y sus bobinados 18 horas Capítulo 7.- Mantenimiento y reparación de máquinas eléctricas de corriente continua 12 horas Capítulo 8.- Ensayo de máquinas eléctricas de corriente continua 12 horas Capítulo 9.- Máquinas de corriente alterna y sus bobinados 25 horas Capítulo 10.- Mantenimiento y reparación de máquinas eléctricas de corriente alterna 12 horas Capítulo 11.- Ensayo de máquinas eléctricas de corriente alterna 12 horas Capítulo 12.- Instalación de motores eléctricos 3 horas 11

12 Capítulo 13.- Prevención de riesgos laborales y protección ambiental 6 horas 9. Actividades, cuestiones, problemas y prácticas propuestas Las actividades, cuestiones, problemas y prácticas propuestas que se plantean en el libro son un modo indicativo de lo que los profesores pueden plantear o proponer como aplicación o desarrollo de los temas tratados en cada capítulo, siendo el profesor el que mejor conoce las necesidades y los recursos de sus alumnos y por lo tanto el que debe elaborar y proponer las acciones más convenientes. Capítulo 1. Introducción al taller de máquinas eléctricas Actividades de taller propuestas Hacer una relación de las máquinas y equipos que el alumno ha observado en el taller, describiéndolos brevemente. Amplía tus conocimientos buscando en Internet información sobre las máquinas auxiliares que ves en el taller. Entra en web, y comprueba los materiales que hay en el mercado. Autoevaluación Describe los circuitos eléctricos con que cuenta el taller. Describe cada una de las máquinas auxiliares que tiene este taller. Relaciona y describe las máquinas para ensayos, existentes en el taller de máquinas. Relaciona los aparatos de medidas eléctricas y explica qué mide cada uno. Los aparatos de medidas mecánicas nos sirven para... Escribe todo lo que sepas sobre materiales aislantes. Relaciona el contenido del armario de herramientas. Explica en qué se diferencian a simple vista las máquinas de c.c. y las de c.a. Dibuja los símbolos que recuerdas de los aparatos de medidas eléctricas e indica su significado. Mide el espesor de una chapa de transformador apreciando centésimas. 12

13 Capítulo 2. Nociones de magnetismo Actividades de taller propuestas Comprueba la atracción o repulsión entre imanes. Comprueba la atracción o no de distintos tipos de materiales. Pon sobre un papel limaduras de hierro y por debajo un imán para ver cómo se forma el espectro magnético. Repite la experiencia del punto 2.3, pero en este caso poniendo un electroimán. Comprueba, con una brújula, el efecto magnético de un electroimán. Observa el circuito magnético de un contactor y comprueba su funcionamiento. Con un imán permanente, comprueba qué materiales aislante del campo y cuáles no. Acerca un trozo de hierro dulce a un campo magnético y utilízalo posteriormente para atraer pequeños tornillos. Repite la experiencia del punto 2.8, pero utilizando acero en este caso, y observa la diferencia. Esparce unas limaduras de hierro sobre un papel y acércales el trozo de acero de la experiencia del punto 2.9. Autoevaluación Explica en qué consiste el espectro magnético de un imán recto. Dibuja una brújula y explica su utilidad. Haz una lista de materiales que conoces que no son atraídos por los campos magnéticos. Escribe todo lo que sepas sobre el flujo magnético. Calcula la sección en que tiene lugar un flujo de 150 maxvelios, con un campo de 40 oerstedios de intensidad y para una inclinación de 30. Calcula la intensidad de campo que produce un solenoide de 50 cm de largo, formada por espiras que es recorrida por una intensidad de 0,3 A. Calcula la inducción de un electroimán con núcleo de acero dulce, de 55 cm de largo, y con una bobina de espiras por las que circulan 2 A de intensidad (μ = 215). Calcula la reluctancia de un circuito magnético que tiene 40 centímetros de largo, cuya sección está formada por un rectángulo de 2 cm de ancho por 4 cm de largo, suponiendo que éste es de chapa de hierro ordinario para (μ = 42). 13

14 Toma las dimensiones del circuito magnético de un transformador monofásico y calcula su reluctancia. Deseamos conocer la fuerza electromotriz inducida por una bobina de 80 espiras sometida a una variación de flujo (Φ1-Φ2) de maxvelios durante 0,1 segundo. Capítulo 3. Interpretación de documentación técnica en máquinas eléctricas Actividades de taller propuestas Comprobar y corregir, si fuese necesario, una serie de Convertir en multifilar el esquema funcional de la Figura 3.5. Dibujar el esquema propuesto en el punto dos, con un programa de dibujo lineal. Hacer un inventario técnico de las máquinas disponibles en el aula de prácticas. Completar el informe de una de las máquinas del aula. Autoevaluación Dibuja el alzado de un motor trifásico asíncrono e indica sus partes principales, con el programa de dibujo disponible. Dibuja la placa de características de un motor monofásico de fase partida. Dibuja el esquema del circuito de maniobra y fuerza para el arranque de un motor trifásico asíncrono, con un programa de dibujo técnico. Redacta los pasos a seguir para hacer el informe de la revisión técnica de un transformador monofásico. Haz una relación de aparatos y herramientas necesarios para hacer una revisión técnica periódica a un transformador trifásico. Relaciona los símbolos para representar los distintos tipos de motores e indica qué características tienen. Indica los colores normalizados de los conductores en c.a. Cuál esquema te resulta más fácil de dibujar, el funcional o el multifilar? Dibuja el esquema unifilar del circuito de fuerza del motor asincrono trifásico en arranque directo. Diseña una ficha donde se recojan todos los datos obtenidos en la revisión periódica de una dinamo. 14

15 Capítulo 4. Construcción de transformadores eléctricos de pequeña potencia Actividades de taller propuestas Desmontar un transformador de pequeña potencia, siguiendo el proceso indicado en el Apartado 3.6, y cambiar alguna de sus características, como tensión, intensidad, etc. Calcular y montar un transformador de 230 /400V en el primario y 24V y 7A en el secundario. Calcular un transformador trifásico para 230 en línea y 50V, y 2A en el secundario. Autoevaluación Define las partes de un transformador. Explica las diferencias existentes entre transformador y autotransformador. Cuál es la razón por la que se dice que los transformadores sólo funcionan con corriente alterna? Por qué se dice que los transformadores son máquinas estáticas? La f.e.m. en los transformadores es proporcional a... Calcular analíticamente un transformador para 220/24 V y 6 A. Calcular el transformador del ejercicio anterior mediante ábacos. Relaciona por orden de ejecución los pasos a seguir para hacer el rebobinado del transformador o del autotransformador. La sección del núcleo de un transformador es directamente proporcional a Cuáles son las pruebas que se deben hacer a los pequeños transformadores antes y después de estar totalmente terminados? Capítulo 5. Ensayo de transformadores eléctricos Actividades de taller propuestas 5.1. Ensayos de vacío Al hacer este ensayo determinaremos las siguientes pérdidas y características: Pérdidas de potencia en el hierro. Corriente magnetizante y de pérdidas. Relación de transformación. 15

16 Factor de potencia en vacío, cosφ0. a) Montar el circuito para transformadores monofásicos de la Figura 5.13, y completa la tabla correspondiente. A0 W V1 V2 Figura Esquema de conexiones para ensayo de vacío a transformadores monofásicos. Ensayo de vació para transformadores monofásicos U1n U2 m0 P0 = W1 I0 =A1 Cosφ0 In Pcu = R.I02 PFe = P0 - Pcu b) Montar el circuito de la Figura 5.14., para transformadores trifásicos y completar la tabla. V 1 W 1 A W 2 V 2 V 3 Figura Esquema de conexiones para ensayo de vacío en transformadores trifásicos. Ensayo de vació para transformadores trifásicos U1 U2 m0 W1 W2 P0 = W1 ± W2 I0 Cosφ0 In Pcu =3.R1.I02 16

17 El desfase entre la tensión del primario (U1) y la corriente de vacío (I0), lo puedes observar en el osciloscopio, haciendo las conexiones de la Figura VACÍO Figura Conexión del osciloscopio para ver el desfase entre I0, P0 y cosφ0 tensión e intensidad en un transformador monofásico. Dibujar en papel milimetrado o similar, una gráfica por cada transformador ensayado, en la que se representen con distinto color, I0, P0 y cosφ0, eje de ordenadas en función de Un, eje de accisas. P 0 I 0 cosφ 0 0 Un Figura Gráfica de ensayo de vacío 17

18 Materiales recomendados para ensayo de vacío Un transformador monofásico de 1,5 KVA. Un transformador trifásico de 1,5 KVA. Dos voltímetros de V para c.a. Un amperímetro de A para c.a. Dos vatímetros de bajo factor de potencia, 230 V, 5 A y cosφ = 0,33. Un transformador regulable 230 V, 10 A. Dos voltímetros de V para c.a Ensayos de cortocircuito Se hace un ensayo en cortocircuito, cuando se desean conocer las siguientes características de un transformador: Pérdidas en el cobre. Tensión de cortocircuito. Impedancia, resistencia e inductancia. Intensidad de cortocircuito. Factor de potencia (cosφcc). Caída de tensión activa y reactiva. Rendimiento, etc. Montar el circuito de la Figura 5.17 para transformadores monofásicos. Alimentando el circuito con corriente alterna regulable, ir aumentando ésta, desde cero, hasta un valor que haga circular la intensidad nominal por el circuito primario; a esta tensión la llamaremos de cortocircuito, Ucc. A1 W V1 A 2 Figura Conexiones para ensayo de cortocircuito en transformadores monofásicos. 18

19 Completar la siguiente tabla, anotando los valores obtenidos en el ensayo y calcular el resto de magnitudes. Ensayo de cortocircuito para transformadores monofásicos I2cc Ucc I1cc Wcc Zcc Rcc Xcc Cosφcc ¼ 2/4 3/4 1 La intensidad máxima de secundario (I2cc), ha de calcularse en función de la potencia aparente del transformador. Para el ensayo de transformadores trifásicos se harán las conexiones que se represente en la Figura V 1 W 1 A 1 W 2 A 2 A 3 Figura Conexiones para ensayo de cortocircuito en transformadores trifásicos. Completar la siguiente tabla, anotando los valores obtenidos en el ensayo y resolver los cálculos necesarios. Ensayo de cortocircuito para transformadores trifásicos I2cc Ucc I1cc W1 W2 W1 ± W2 Zcc Rcc Xcc Cosφcc ¼ 2/4 3/4 1 Dibujar en papel milimetrado o similar, las curvas correspondientes a potencia de cortocircuito, de Icc y Ucc en función de I2cc de ambos transformadores. Con los datos obtenidos, calcular el índice de carga ideal para conseguir el rendimiento máximo de cada uno de los transformadores ensayados. 19

20 P cc C 0 I2cc Figura Grafica de ensayos de cortocircuito. Materiales recomendados para ensayo de vacío: Un transformador monofásico de 1,5 KVA. Un transformador trifásico de 1,5 KVA. Un voltímetros de V para c.a. Un voltímetros de 0-75 V para c.a. Dos vatímetros de bajo factor de potencia, 230 V, 5 A y cosφ = 0,33 Dos amperímetro de 0-10 A para c.a. Un transformador trifásico regulable 230 V, 10 A. Un termómetro digital, de alcance aproximado -70ºC y 1.370ºC. Autoevaluación Explica para qué se hace un ensayo a un transformador. Qué tipo de pérdidas se producen en un transformador? Cuáles son las pérdidas que se producen en el circuito eléctrico? El ensayo de vacío nos proporciona las pérdidas en el circuito Con qué aparato se mide la intensidad de cortocircuito? La clase del aparato de medida es importante. Qué clase es mejor: 1, 1,5, 0,5? Cómo se llama el aparato de medida que nos da la resistencia de aislamiento? Diseña un dossier para recoger todos los datos importantes de las pruebas realizadas a un transformador. 20

21 Comprueba la reglamentación que afecta a los transformadores separadores de circuitos (ITC BT 48 Y 38). Haz un resumen. Enumera algunas normas de seguridad a tener en cuenta en los ensayos de transformadores. Capítulo 6. Máquinas de corriente continua y sus bobinados Actividades de taller propuestas Tomar nota de las indicaciones de la placa de características de una máquina de excitación compound. Abrir la máquina a la que hemos tomado los datos y observar sus partes principales, tomando nota de: el número de ranuras del rotor, el número de delgas del colector, el número de polos y tipo de bobinado del inducido. Calcula y dibujar el esquema del bobinado inducido de la máquina observada, así como las conexiones de su bobinado inductor. Autoevaluación Relaciona las partes principales de una máquina de c.c. Explica la función que realiza cada una de las partes de la máquina de c.c. Cuáles son los posibles tipos de bobinados que puede llevar un inducido? Qué datos son necesarios para calcular un bobinado inducido? Explica la diferencia existente entre un bobinado inducido imbricado y uno ondulado. Calcular y dibujar el esquema del bobinado imbricado necesario, para un inducido de: K = 20, 2p = 4, U = 1, no cruzado y ponerle conexiones equipotenciales de 1ª clase. Calcular y dibujar esquema para inducido, con los siguientes datos: Imbricado simple y progresivo, K = 20, 2p = 4, U =1. Dibujar el esquema de bobinado imbricado doble, con los siguientes datos: K = 12, 2p = 4, U0 2, poner conexiones equipotenciales de 1ª y 2ª clase. Dibujar esquema de bobinado ondulado serie simple, con los datos siguientes: K = 14, 2p = 6, U = 2. Calcular y dibujar esquema de bobinado ondulado serie simple con los datos siguientes: K = 17, 2p = 4, U = 2, no cruzado. 21

22 Capítulo 7. Mantenimiento y reparación de máquinas eléctricas de corriente continua Actividades de taller propuestas Tomar una máquina de excitación compound y anotar los datos de su placa de características, comprobar su estado general, sus partes mecánicas y los distintos circuitos siguiendo todas las normas explicadas y tomar nota adecuadamente en la tabla de revisiones. LOGOTIPO EMPRESA MARCA MÁQUINA: TIPO: REVISIONES PERIÓDICAS DE MÁQUINAS DE C.C. FECHA: SERVICIO EN: Nº FABRICANTE: INDUCIDO POTENCIA: RESISTENCIA DE AISLAMIENTO ESTATOR: INDUCIDO: TENSIÓN: INTENSIDAD: TEMP: INDUCTOR TENSIÓN: INTENSIDAD: TEMP: COJINETES: ELEMENTOS A SUSTITUIR: OBSERVACIONES: FIJACIÓN: ESTADO ESCOBILLAS: ESTADO COLECTOR: LUGAR Y FECHA:... Firma TÉCNICO:... 22

23 Proceder al rebobinado completo de la máquina anteriormente revisada y completar un parte de trabajo. Autoevaluación Explica en breves palabras el significado de mantenimiento preventivo. Escribe todo lo que sepas sobre el tacómetro. Para qué sirven los aislantes en las máquinas de c.c.? Cómo se llaman las herramientas que nos permiten sacar los rodamientos de las máquinas? Explica cómo se localizan los cortocircuitos en los inducidos. Cómo se puede saber qué bobina inductora está abierta? Enumera los pasos más importantes a dar para hacer el rebobinado del circuito inductor de una dinamo. Relaciona todos los pasos previos al rebobinado de un inducido. Cómo se hace el barnizado de las bobinas polares de una máquina de c.c.? Menciona algunas normas de seguridad, a tu juicio importantes, que se han de observar en el taller de máquinas. Capítulo 8. Ensayo de máquinas eléctricas de corriente continua Actividades de taller propuestas Realizar los ensayos de vacío y carga a la dinamo de excitación independiente. Hacer el ensayo de carga a la dinamo shunt. Llevar a cabo el ensayo de variación de velocidad del motor shunt. Trazar la curva de par motor del motor serie. Autoevaluación Dibujar el esquema de conexiones necesario para hacer el ensayo de vacío a la dinamo de excitación independiente. Explica el significado de la curva de vacío de una dinamo. Dibujar el esquema de conexiones necesario para hacer el ensayo de carga de una dinamo de excitación independiente. Explica el proceso a seguir para hacer el ensayo de carga de una dinamo de excitación shunt. Dibuja el esquema de conexiones de la dinamo autoexcitada en derivación. 23

24 Explica en qué consiste la característica de velocidad en los motores de c.c. Explica las razones de la importancia del par motor. Dibujar el esquema de conexión necesario para el arranque del motor de excitación shunt. Relaciona los aparatos de medida necesarios para hacer un ensayo de par al motor de excitación serie. Explica qué medidas de seguridad tienes en cuenta al hacer los ensayos. Capítulo 9. Máquinas de corriente alterna y sus bobinados Actividades de taller propuestas Tomar nota de las indicaciones de la placa de características de un alternador. Abrir el alternador cuyos datos hemos tomado y observar sus partes, haciendo una relación de ellas lo mas detallada posible. Repetir el proceso de las actividades 9.1 y 9.2 con un motor de fase partida, destacando la diferencia entre sus devanados. Autoevaluación Define las partes de un motor de corriente alterna. Explica las diferencias entre motor y generador de c.a. Tipos de inducidos que puede tener un motor trifásico. Calcular el número de polos que tendrán los siguientes motores: o o Motor CV, 220 V, trifásico, r.p.m., 50 Hz. Motor CV, 220 V, monofásico, r.p.m., 50 Hz. Calcular y dibujar el bobinado cuyos datos son K = 24, q = 3, r.p.m. = 3.000, conexión por polos. Calcular y dibujar el bobinado cuyos datos son K = 18, 2p = 4, q = 1, conexión por polos consecuentes. Dibujar el esquema del bobinado cuyos datos son K = 24, 2p = 4, q = 1, conexión por polos superpuestos. Calcular y dibujar el bobinado cuyos datos son K = 18, 2p = 2, q = 3, imbricado de dos capas. Explica las diferencias entre un devanado concéntrico y uno imbricado. Qué es un devanado superpuesto? 24

25 Capítulo 10.Mantenimiento y reparación de máquinas eléctricas de corriente alterna Actividades de taller propuestas Tomar un alternador y anotar los datos de su placa de características, comprobar su estado general, comprobar sus partes mecánicas y los distintos circuitos siguiendo todas las normas explicadas, y tomar nota adecuadamente en la tabla de revisiones. Proceder al rebobinado completo de la máquina anteriormente revisada y completar un parte de trabajo. Hacer el rebobinado completo de un motor asíncrono trifásico, haciendo los cálculos necesarios para cambiar su tensión de alimentación en veinte voltios más (si su tensión original era 220 V, que ahora sea 240 V). Rebobinar un motor asíncrono monofásico con circuito de arranque sin condensador. Autoevaluación Explica en breves palabras el significado de mantenimiento preventivo. Escribe todo lo que sepas sobre el tacómetro. Para qué sirven los aislantes en las máquinas de c.a.? Cómo se llaman las herramientas que nos permiten sacar los rodamientos de las máquinas? Explica cómo se localizan los cortocircuitos en los devanados. Cómo se puede saber qué bobina está abierta? Enumera los pasos más importantes a dar para hacer un rebobinado. Relaciona todos los pasos previos antes de decidir hacer un rebobinado. Cómo se hace el barnizado de un devanado de una máquina de c.a.? Relaciona algunas normas de seguridad, a tu juicio importantes, que se han de observar en el taller de máquinas. Capítulo 11.Ensayo de máquinas eléctricas de corriente alterna Actividades de taller propuestas Teniendo en cuenta los ensayos analizados y considerando que hacerlos todos puede ser muy largo, sería conveniente hacer al menos dos, que pueden ser los más completos. Ensayar un motor asíncrono y determinar las curvas correspondientes a funcionamiento en vacío y en carga. Ensayar un motor síncrono, arrancándolo con ayuda del motor de c.c., y trazar las curvas en V. 25

26 Autoevaluación Dibujar la placa de bornas de un alternador con sus circuitos y letras correspondientes. Describe las tres partes fundamentales de un alternador. Qué significa velocidad de sincronismo y cómo se calcula? Cuál es la fórmula que ha de aplicarse para calcular la potencia generada por un alternador, conectado en triángulo? La corriente empleada en el circuito de excitación del alternador, es c.a. o c.c.? El sincronoscopio tiene como función Explica cómo realizar el ensayo de vacío del alternador. Cómo se calcula el rendimiento del estator en los motores asíncronos? El factor de potencia para distintas cargas en el motor asíncrono se calcula por la expresión Dibuja el esquema de conexiones a realizar para hacer el ensayo en carga del motor asíncrono trifásico. Capítulo 12.Instalación de motores eléctricos Actividades de taller propuestas Acoplar motor y máquina arrastrada por los distintos métodos que nos permitan las máquinas de ensayo con que contemos en el taller: acoplamientos directos, por reductores de velocidad, por correas, etcétera. Practicar el montaje y desmontaje de poleas. Haz una relación de las formas constructivas de los distintos motores que conoces, indicando en qué tipo de máquinas están acoplados. Tomar nota de las distintas placas de características de los motores que hay instalados en las máquinas del taller y comprobar los tipos de protección que existen entre ellos. Autoevaluación Explica cada una de las condiciones que ha de cumplir el local donde se instale un motor eléctrico. Escribe los pasos que hay que dar para montar una buena fundación. Haz un croquis de las dimensiones más importantes que se deben tener en cuenta para una losa de cimentación. Escribe lo que sabes sobre los distintos tipos de bases. Dibuja el croquis de una base deslizante. 26

27 Escribe todo lo que sepas sobre alineación de motores y máquinas accionadas. Describe los acoplamientos que conoces. Infórmate de otros tipos especiales de acoplamientos y resume sus características. Infórmate y añade a la lista de las formas constructivas de los motores algunas más. Describe la importancia de la protección de los motores contra los distintos tipos de agentes externos. Capítulo 13.Prevención de riesgos laborales y protección ambiental Actividades de taller propuestas Redacta un informe detallado de los riesgos que encuentras en el taller de máquinas eléctricas. Después de hacer una evaluación de ellos, haz las propuestas de mejoras. Relaciona las prendas de protección personal que crees necesarias y justifica su necesidad de uso. Confecciona un documento con toda la señalización de seguridad que podemos encontrar en los lugares de trabajo o fuera de ellos. Autoevaluación Qué entiendes como evaluación de riesgo? Explica cómo se identifica el riesgo o peligro. Qué tres preguntas hay que hacerse para identificar el riesgo? Durante las actividades de trabajo, qué peligros pueden existir? Cómo se puede graduar la probabilidad de que ocurra el daño? En la prevención de riesgos laborales de los procesos de montaje y mantenimiento se han de planificar las actividades preventivas. Cuáles serán los cinco campos básicos de actuación? El plan de acción de emergencia debe contener al menos... Qué pasos deben darse a la hora de prestar los primeros auxilios? Describe con detalle dos prendas de protección individual y de sus diferentes modelos existentes en el mercado. Haz el presupuesto de prendas de protección individual para un puesto de trabajo determinado que conozcas 27

28 10. Materiales y equipos didácticos En primer lugar debemos considerar el libro de máquinas eléctricas como el primer material didáctico con el que cuentan el profesor y el alumno para el aprendizaje, ya que el módulo es ya de por sí complicado para la localización y utilización de material didáctico que nos ayude a desarrollar las clases. El libro se ha diseñado pensando en ello y se ha procurado ilustrar profusamente incluyéndose gran cantidad de figuras, esquemas, tablas, cuadros, etc., que facilitan la localización y comprensión de las diferentes partes de las máquinas eléctricas. Desde el punto de vista práctico, el material didáctico de apoyo más idóneo para impartir las clases comprende: Muestras de los elementos de que constan las máquinas. Catálogos de fabricantes. Material gráfico o soportes informáticos facilitados por las casas comerciales. Reglamento electrotécnico de baja tensión. Vídeos y diapositivas de empresas. Equipo básico del MEC para el desarrollo del módulo. Los materiales que pueden ser de más utilidad para las necesidades específicas de las prácticas docentes de este módulo en el taller, son los que después intervienen en los sistemas productivos, por lo que los reproducimos a continuación dada su importancia: Medios: Herramientas manuales para trabajos eléctricos (pelacables, tenazas de presión ). Herramientas manuales para trabajos mecánicos (alicates, destornilladores, llaves inglesas, fijas, gatos mecánicos, martillos ). Instrumentos de medida y prueba (óhmetro, voltímetro, amperímetro, vatímetro, polímetro, pinzas amperimétrica y vatimétrica, fasímetro, medidor de aislamiento, telurómetro, brújula, lámparas de prueba serie y paralelo, zumbador ). Instrumentos de medida mecánicos (calibre, tornillo micrométrico ). Máquinas para bobinado de máquinas eléctricas y accesorios. Bancos de ensayo de máquinas eléctricas. Instrumentos (manuales o informáticos) para el diseño de pequeños y medios transformadores eléctricos. Materiales: Hilos y pletinas. Barnices. Materiales aislantes. Materiales ferromagnéticos. Elementos de conexionado. Refrigerantes líquidos. 28