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Abstract— this report presents the design and construction of the breadboard of the subject “Electric power” in order to have a tool that fits the needs of this document

I.INTRODUCCION

eniendo en cuenta los parámetros dados por el Ingeniero Fredy Sosa Quintero, el docente encargado de esta

asignatura, dentro de la clase del día 13 de agosto de 2015, se procede hacer el diseño de una protoboard de potencia eléctrica que sea capaz de cumplir con los requerimientos que se irán a exigir dentro de esta asignatura, a su vez esta tarjeta de pruebas deberá cumplir con requerimiento específicos tales como son la potencia que deberá soportar y con los elementos que esta deberá tener.

T

II. OBJETIVOS

General

Realizar el diseño y construcción de una protoboard de potencia eléctrica con las especificaciones que se exigen para el desarrollo de dicha asignatura.

Específicos

Se realizara una investigación sobre el costo de los elementos que se utilizaran para la implementación de dicha tarjeta de pruebas.

Manuscrito recibido en Agosto 13, 2015. Este trabajo es sustentado para el área de Potencia Electrica en la Facultad de Electrónica de la Universidad Santo Tomas, Seccional Tunja, con motivo de presentar un informe de la práctica No 1.

Moreno A. Wilmar, Estudiante de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas, Seccional Tunja (e-mail: wilmar.moreno@usantoto.edu.co).

Herrera F. Luis Alejandro. Estudiante de ingeniería electrónica de la Universidad Santo Tomas, Seccional Tunja (e-mail: luis.herrera@usantoto.edu.co).

Rodriguez O. David Ricardo, Estudiante de Ingeniería Electrónica de la Universidad Santo Tomas, Seccional Tunja (e-mail: david.rodriguezo@usantoto.edu.co)

Se hará el análisis matemático correspondiente para cada elemento que se utilizara en dicha tarjeta.

Construir la tarjeta de pruebas con los que ya sean analizado.

III. MARCO TEORICO

1. Configuración en estrella.

Las 3 fases del bobinado del motor se encuentran conectadas a un nodo común, conformando un circuito con 3 resistencias en paralelo con una tensión igual a la de la red. Es decir, tendremos una intensidad circulando por cada fase igual a la de línea dividida por raíz de 3.

Fig. 1. Configuración en estrella. Fuente: http://www.ingenieriamantenimiento.org/motores-conexiones-

estrella-triangulo/

2. Configuración en Delta.

Las 3 fases del bobinado del motor se encuentran conectadas en cortocircuito, conformando un circuito con 3 resistencias en serie con una tensión igual a la red. En este caso, tendremos una intensidad circulando por cada fase igual a la de línea.

Herrera F. Alejandro, Moreno A. Wilmar y Rodriguez O. David, Estudiantes de Ingeniería Electrónica.

INFORME N°1DISEÑO PROTOBOARD DE POTENCIA

ELECTRICA (Viernes 14 de Agosto del 2015)

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Fig. 2. Configuración en Delta. Fuente: http://www.ingenieriamantenimiento.org/motores-conexiones-

estrella-triangulo/

3. Conexión de motores trifásicos a la red

Hasta ahora vimos cómo realizar una carga trifásica a partir de impedancias monofásicas. Sin embargo, hay receptores que son fabricados como cargas trifásicas y sus impedancias de fase no se pueden conectar por separado. Son sobre todo los motores y los transformadores trifásicos. Los motores trifásicos presentan lógicamente tres devanados (tres impedancias) y seis bornes. Los fabricantes, para facilitar las conexiones (sobretodo el triángulo), disponen en la caja de bornes una colocación especial de estos. Observa la Figura 3 y fíjate que las conexiones para realizar un triángulo son: - X con V- Y con W- Z con U En vista de esto, la caja de bornes viene distribuida como puedes ver, lo que ayuda mucho para conectar en triángulo pues este se realiza uniendo bornes en vertical, mediante conectores o chapas metálicas.

Fig. 3. Esquema conexión motor en Delta y Estrella. Fuente: http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?

id=2&id_sec=7

En la siguiente Figura 4 Podemos ver la placa de características técnicas de un motor trifásico. Observa que la potencia, velocidad y frecuencia nominales son 15 (Kw), 2910 (rpm) y 50 (Hz) respectivamente. Pero ¿y la tensión y corriente nominales?

Fig. 4. Característica de un motor en Delta y Estrella.Fuente: http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?

id=2&id_sec=7

Estas magnitudes dependen de la conexión de los devanados del motor. Por un lado puedes ver que la tensión y corriente nominales son 400(V), 29 (A) en conexión estrella y 230 (V), 50 (A) en conexión triángulo. Los motores y las cargas trifásicas en general, son flexibles y pueden conectarse a redes con distinta tensión de línea, sin más que variar la conexión. En Figura 5puedes ver dibujadas ambas conexiones; observa que la tensión nominal de cada devanado es 230 (V), tanto en estrella como en triángulo y que este valor no se puede superar, sino el motor se sufrirá calentamientos excesivos. En vista de estas características, si vamos a conectar este motor en una instalación de 400 V (de línea), debemos hacerlo en estrella y consumirá 29 (A) nominales de corriente de línea. Si posteriormente tenemos que trasladarlo a una instalación vieja de 230 V (de línea), el motor funcionará sin perder ninguna de sus prestaciones, pero debe conectarse en triángulo absorbiendo 50 (A) nominales de corriente de línea. Como en ambos casos se trata de un motor de 15 (Kw), bajo una red de menos tensión, consume más intensidad nominal (en triángulo). Normalmente en la mayoría de placas de características, la tensión y corriente nominales vienen indicadas de la siguiente forma:

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Fig. 5. Corriente devanada en cada configuración. Fuente: http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=2&id_sec=7

Fig. 6. Corrientes y voltajes en las distintas configuraciones. Fuente: http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php?id=2&id_sec=7

Como regla general debes recordar que: 1.- La tensión mayor y la corriente menor corresponden a la conexión estrella.2.-La tensión menor y la corriente mayor corresponden a la conexión triángulo.3.-La relación entre las dos tensiones y entre las dos

corrientes es  :

4. Como son los cables monofasicos y trifasicos.

Así como el gas se distribuye a través de tuberías, la electricidad viaja por cables.

En la actualidad, el sistema de suministro eléctrico adoptado consta de tres conductores activos o fases (cables negro, gris y marrón) y un conductor neutro (azul). La diferencia de potencial entre cada fase es de 380 Voltios (400 V en el futuro) y entre el neutro y cada fase es de 220 Voltios (pronto será 230 V).

Como se puede observar, para distinguir unos cables de otros, nos servimos de distintos colores.

Para alimentar una instalación monofásica podemos usar cables:

Bipolares (dos conductores): azul (neutro) y marrón (una fase).

Tripolares (tres conductores): azul (neutro), marrón (una fase) y amarillo-verde (cable de tierra).

Para alimentar una instalación trifásica usaríamos cables:

Tripolares (tres conductores): gris, marrón y negro (las tres fases).

Tetrapolares (cuatro conductores): gris, marrón y negro (las tres fases) y azul (neutro).

Tetrapolares (cuatro conductores): gris, marrón y negro (las tres fases) y amarillo-verde (tierra).

Pentapolares (cinco conductores): gris, marrón y negro (las tres fases), amarillo-verde (tierra) y azul (neutro).

Para indicar, por ejemplo, que deseamos un cable tetrapolar de sección 2,5 mm² con tierra, señalaríamos 4 G 2,5 en lugar de 4 X 2,5. Así pues, la G indica que uno de los conductores es amarillo-verde.

Fig. 7. Código de colores para conductores – Tabla 13 RETIE. Fuente:

http://www.centelsa.com.co/archivos/d241a0a2.pdf

5. Proceso para calcular calibre del cable.

Existen varios métodos para calcular el calibre de los alimentadores principales de una instalación eléctrica residencial, a saber: Por Corriente, Por Caída de Tensión y Por Resistencia de los Conductores. Puede haber más formas, pero los tres métodos especificados son los más comunes.

De los tres métodos señalados el más utilizado es el

decorrientes, el cual explicaré a continuación.

Método de corrientes para calcular el calibre de los

alimentadores principales.

Procedimiento.

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1. Se determina la CARGA TOTAL de la residencia o casa-

habitación de la cual se calculará el calibre de los

alimentadores principales.

2. Se aplica la fórmula: I= P/(V*0.9)

En donde:

I es la corriente que pasará por los conductores (amperes);

P es la carga total (Watts);

V es el voltaje que llega a la residencia por medio de la

acometida (120 Volts-ca para el caso de una instalación que

no rebasa los 5,000 Watts); y,

0.9 es el denominado factor de potencia el cual regularmente

es del 90% por la combinación de cargas resistivas e

inductivas existentes en la instalación eléctrica.

3. Con la I, se determina una Ic (corriente corregida)

multiplicándola por un factor de demanda o factor de

utilización (f.d.) el cual tiene un valor que varía de la

siguiente manera.

Unidades de vivienda, según NOM-001-SEDE-Vigente, 220-

11

Primeros 3,000 VA o menos: 100%; 1

De 3,001 a 120,000 VA: 35%; 0.35

A partir de 120,000 VA: 25%; 0.25

En virtud de que el factor de demanda o utilización

especificado en la Norma Oficial, varía mucho antes y

después de los 3000 Watts, puede utilizarse a cambio uno

más acorde de 0.6 o 0.7 correspondiente al 60% y 70%

respectivamente…

Para calcular la Corriente Corregida simplemente se

multiplica la I por el f.d. o sea:

Ic=(I)(f.d.)

4. Con la Ic se busca el calibre del conductor en las tablas

correspondientes, dependiendo de la marca del fabricante y

de si estará al aire libre (instalación visible) o en tubo

(instalación oculta).

IV. DESARROLLO

1) Aplicamos la fórmula:

Fig. 8 Formula para encontrar el valor de la corriente. Fuente:

http://www.ingenieriamantenimiento.org/motores-conexiones-estrella-triangulo/

La Potencia total en este caso es de 2500 Watts.

2) Con el valor de la corriente podemos averiguar cual es el calibre de cable que debemos usar de ahí podemos deducir que el calibre que debemos usar es No. 12 que pude conducir hata 25 amperes

A. Para un electricista común primero es la economía y luego la seguridad, por lo que utilizaría calibre No. 12.

B. Para un ingeniero electricista primero es la seguridad y después la economía, por lo que aumentaría un calibre a los conductores, evitando con ello también el fenómeno de la caída de tensión. Por lo tanto elegiría el calibre No. 10 que permite conducir hasta 40 Amperes.

3) Con el valor de la corriente tambien podemos deducir que fusibles y breakers vamos a implementar en esta practica

Fig. 9 Diseño gráfico de la protoboard de potencia. Fuente: Autores

V. CONCLUSIONES

Se observa como analizar el calibre de un cable ya sea para esta práctica o para prácticas futuras.

Se analizó como es la configuración Delta y Estrella, las cuáles son las que se utilizaran en la construcción de la protoboard de potencia.

Se observa como los elementos se sitúan en una posición específica para cumplir funciones de

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protección del sistema y para los mismos elementos que componen esta protoboard.

Se observó cómo los motores se deben configurar de diferente manera dependiendo de la configuración en la que se coloque.

Se observa como es el funcionamiento de cada uno de los elementos que se utilizaran para la elaboración de esta tarjeta de pruebas.

REFERENCIAS

[1] https://propol.wordpress.com/2009/09/16/%C2%BFque- son-los-cables-monofasicos-y-trifasicos/

[2] http://cursosdeelectricidad.blogspot.com/2008/06/tema- 4-procedimiento-para-calcular-el.html

[3] http://www.cifp-mantenimiento.es/e-learning/index.php? id=2&id_sec=7

[4] http://www.ingenieriamantenimiento.org/motores-conexiones-estrella-triangulo/

SOBRE LOS AUTORES

Wilmar Enrque Moreno Alvarez, Nació el 6 de octubre de 1993 egresado del Colegio Silvino Rodríguez la ciudad de Tunja, actualmente se encuentra cursando 5 semestre en la Universidad Santo Tomas de Tunja

Luis Alejandro Herrera Fonseca, Nació el 21 de junio de 1993, estudio su primaria y parte del bachillerato en el colegio de Boyacá en la ciudad de Tunja, en el año 2009 termino sus estudios en el La institución educativa Miña en el municipio de Guacheta, Cundinamarca, entro a estudiar he hizo cuatro semestres en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC) en la ciudad de Tunja, en el año de 2013 ingreso a la Universidad Santo Tomas Tunja a la carrera de Ingeniería Electrónica en la cual se encuentra cursando Quinto Semestre, es un amante a la tecnología y a la parte de Instrumentación Industrial

David Ricardo Rodriguez Orjuela, nació el 12 de octubre de 1993 en el municipio de Turmequé (Boy), cursó bachillerato en la Institución Educativa Diego de Torres. Posee el grado de bachiller técnico en Sistemas y elaboración de documentación contable. Realizo la tecnología en electrónica en la Fundación universitaria Juan de Castellanos. Actualmente es estudiante de Ingeniería Electrónica en la Universidad Santo Tomas, seccional Tunja.

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