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I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L“ ESIME CULHUACAN”

MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)

I N S T I T U T O P O L I T É C N I C O N A C I O N A LESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

“ESIME CULHUACAN”

MAQUINAS ELECTRICAS (LABORATORIO)

PRACTICA N° 1:“TRANSFORMADORES”

GRUPO:4MV5

INDICE

INGENIERIA MECANICA

ALUMNOS:PUGA HERNANDEZ ERWIN MIGUEL.

RODRIGUEZ GONZALEZ DANIEL.VILLASEÑOR SANCHEZ JUAN EDUARDO.

7-MARZO-2013

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1.-MARCO TEORICO.

Objetivo de Practica. Desarrollo en cada una de las 3 sesiones de la práctica.

2.-INTRODUCCION.

El Transformador (Componentes y Fundamentos de Operación). Pruebas Eléctricas en Transformadores (Laboratorio).

3.-DESARROLLO.

1era. Sesión de Práctica. 2da. Sesión de Práctica. 3era Sesión de la Práctica.

4.-TABLAS Y DIAGRAMAS ELECTRICOS.

Diagramas de Transformadores. Tabla de Medición en Pruebas Eléctricas.

5.-FOTOS Y DIAGRAMAS FISICOS.

6.-CONCLUSIONES INDIVIDUALES.

7.-CONCLUSION GRUPAL.

8.-BIBLIOGRAFIA.

9.-HOJAS DE CAMPO.

1. MARCO TEORICO.

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OBJETIVO DE LA PRACTICA:

EL OBJETIVO DE ESTA PRÁCTICA ES QUE EL ALUMNO CONOZCA LAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR Y QUE COMPRUEBE EXPERIMENTALMENTE LOS FUNDAMENTOS DE OPERACIÓN.

REALIZANDO UN CONJUNTO DE ENSAYOS EXPERIMENTALES OBSERVANDO EL COMPORTAMIENTO DEL TRANSFORMADOR EN DIFERENTES TIPOS DE PRUEBAS ELECTRICAS.

DETERMINANDO LO SIGUIENTE:

a) TIPOS DE TRANSFORMADORES Y SU CLASIFICACIONb) DEVANADOS Y MEDICION DE SU RESISTENCIA DE AISLAMIENTO.c) EL TRANSFOMADOR TRABAJANDO EN VACIO. d) DETERMINACION DE LA RELACION DE TRANSFORMACION.e) PRUEBA DEL TRANSFORMADOR EN CORTO CIRCUITO.

PARA ELLO LA PRÁCTICA SE HA DIVIDIDO EN 3 SESIONES.

EN LA PRIMERA SESION EL ALUMNO DEBERÁ CONOCER LOS TIPOS DE TRANSFORMADORES ASI COMO SUS PARTES Y CARACTERÍSTICAS DE CADA UNO DE ELLOS REPRESENTANDOLOS ESQUEMÁTICAMENTE.

EN LA SEGUNDA SESION DE LA PRÁCTICA SE IDENTIFICARAN Y CLASIFICARAN LOS DEVANADOS PRIMARIO Y SECUNDARIO DEL TRANSFORMADOR Y SE MEDIRA LA RESISTENCIA REALIZANDO PUENTES DE CONEXIÓN ENTRE DEVANADO Y DEVANADO COMPARANDO VALORES.

EN LA TERCERA SESION DE LA PRACTICA SE REALIZARON LOS ULTIMOS 3 ENSAYOS DEL TIPO ELECTRICO PARA PONER A PRUEBA LOS TRANSFORMADORES DETERMIANDO LA RELACION DE TRANSFORMACION EN SUS DEVANADOS, PONIENDO A PRUEBA AL TRANSFORMADOR EN VACIO Y EN CORTO CIRCUITO.

2. INTRODUCCION:

CONSIDERACIONES TEORICAS GENERALES

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EL TRANSFORMADOR:

El transformador constituye la parte principal de una subestación eléctrica, es quizás una de las máquinas eléctricas de mayor utilidad que jamás se hayan inventado, nos permite aumentar o disminuir la tensión eléctrica en un sistema de corriente alterna, puede aíslan un circuito entre sí. Además de que nos permite el transporte y distribución de la energía eléctrica desde las plantas de generación hasta las industrias y casas habitación, de una manera segura; por lo que resulta importante conocer su definición, principio de funcionamiento y operación del mismo.

DEFINICION FUNDAMENTAL DE UN TRANSFORMADOR:

Para Chapman, “Un transformador es un dispositivo que cambia potencia eléctrica alterna de un nivel de voltaje a potencia eléctrica alterna a otro voltaje mediante la acción de un campo magnético”.

Según Enriquez Harper, “El transformador es un dispositivo que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando la frecuencia constante, lo hace bajo el principio de inducción electromagnética, tiene circuitos eléctricos que están eslabonados magnéticamente y aislados eléctricamente, usualmente lo hace con un cambio de voltaje, aunque esto no es necesario”.

El Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica define al transformador como: “Un dispositivo eléctrico consistente de uno, dos, o más devanados, con o sin núcleo magnético y con acoplamiento magnético entre los circuitos eléctricos. Los transformadores son ampliamente utilizados sistemas eléctricos de potencia para transferir energía por inducción electromagnética entre circuitos que tienen la misma frecuencia y usualmente con cambios en los valores de voltaje y corriente”.

EQUIPOS Y MAQUINARIA UTILIZADOS :

DUROMETRO BRINELL

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Para los ensayos Rockwell se usa el escleroscopio HP-250 marca del cual se muestra su aspecto general en la siguiente figura. Este aparato sirve para la medición tanto de dureza Rockwell como Brinell y Vickers. Aplica cargas hasta de 250 kgf.

Posee incorporado un sistema de medición de la profundidad de penetración, el cual muestra la dureza Rockwell obtenida durante el ensayo.

Máquina de dureza Rockwell (Analógico y Digital)

DUROMETRO ROCWELL ANALOGICO (ESCALA)

NUMEROS ROJOS ∅NUMEROS NEGROS 120°

NUMEROS VERDES ROCWELL SUPERFICIAL

3. DESARROLLO.

ENSAYO DUREZA ROCKWELL:

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La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado.

El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación. Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg, y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º +/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico de radio 0,20 mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros.

El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se le aplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación elástica y obtener un resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo que varía desde 60 a 150 kgf a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell se obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, el cual varía de forma proporcional con el tipo de material que se utilice. También se puede encontrar la profundidad de la penetración con los valores obtenidos del durómetro si se conoce el material.

Para no cometer errores muy grandes el espesor de la probeta del material en cuestión debe ser al menos diez veces la profundidad de la huella. También decir que los valores por debajo de 20 y por encima de 100 normalmente son muy imprecisos y debería hacerse un cambio de escala.

El cambio de escala viene definido por tablas orientativas, puesto que no es lo mismo analizar cobre que acero. Estas tablas proporcionan información orientativa sobre qué escala usar para no dañar la máquina o el penetrador, que suele ser muy caro.

FÓRMULA APLICADA

Para determinar la dureza Rockwell se utilizan dos tipos de indentadores: el cónico-esferoidal de diamante y el de bola (acero o carbono de tungsteno) de varios diámetros

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Entre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente dependencia:

Para el cono de diamante

HR = 100 - h

0.002

Para las bolas de acero

HR = 130 - h

0.002

De estas fórmulas se deduce que cada unidad de dureza Rockwell corresponde a una penetración de 0,002 mm y que el valor de dichas unidades debe ser restado de cierto “tope” para que haya coherencia: a menor profundidad de penetración mayor será el número de Rockwell y viceversa.

En la práctica no hay necesidad de usar estas fórmulas, ya que los indicadores de las máquinas de Rockwell de manera automática realizan estas operaciones mostrando directamente el número de dureza en sus diales. Esta característica granjeó para este método una gran popularidad.

El estándar define las características geométricas de los indentadores. Para el penetrador cónico esferoidal se muestran en la figura:

PROBETA DE ALUMINIO

(Al)

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Las bolas son similares a las del método Brinell y tienen los siguientes diámetros:

∅ 1/16”; ∅ 1/8”; ∅ 1/4”; ∅ 1/2”.

Las cargas a aplicar pueden ser:

CARGA PREVIA ROCKWELL SUPERFICIAL P0 [kgf]

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CARGA PREVIAROCWELL NORMAL P0 [kgf]

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CARGA PRINCIPAL P1 [kgf] 50 90 140

CARGA TOTAL Pf [kgf] 60 100 150

A partir de las combinaciones posibles de distintos indentadores y cargas, el estándar ASTM E18 define 15 escalas diferentes de durezas Rockwell. Se muestra la tabla que las define, tomada directamente de dicho estándar. En esta tabla se muestra también la aplicabilidad de cada tipo de prueba.

Tabla 1. Escalas de dureza Rockwell

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En la práctica las escalas más difundidas son la B y C.

El número de dureza Rockwell se denota como HR seguido de la letra mayúscula de la escala así:

64 HRC

Esto indica una dureza Rockwell de 64 unidades en la escala C (diamante, carga total 150 kgf )

Cuando se utiliza una bola como indentador, la designación de la escala es seguida por la letra “S” si es de acero o “W” si es de carburo de tungsteno.

PROCEDIMIENTO:

ESCALA INDENTADOR CARGA TOTAL

COLOR DE ESCALA

APLICACIONES

A Cono diamante 60 Negro Metales duros, superficies templadas, chapa fina (<0,4 mm)

D Cono diamante 100 Negro Piezas con superficies templada de dureza media, chapas

C Cono diamante 150 Negro Aceros templados

F Bola de ø 1/16” 60 Rojo Aleaciones cobre recocido. Chapa fina metálica (>0,6 mm)

B Bola de ø 1/16” 100 Rojo Aceros blandos, de construcción, metales no ferrosos

G Bola de ø 1/16” 150 Rojo Bronce, cobre-berilio, cobre-níquel, fundición maleable

H Bola de ø 1/8” 60 Rojo Aluminio, zinc, plomo

E Bola de ø 1/8” 100 Rojo Fundición, aleaciones Al-Mg, metales antifricción o sintéticos

K Bola de ø 1/8” 150 Rojo Metales antifricción o de dureza muy baja, Ebonita (ASTM D530-59T), Madera laminada (ASTM D 805-52),

Materiales sintéticos (ASTM D-785-60T), Otros materiales muy blandos o muy finos.

L Bola de ø 1/4” 60 Rojo

M Bola de ø 1/4” 100 Rojo

P Bola de ø 1/4” 150 Rojo

R Bola de ø 1/2” 60 Rojo

S Bola de ø 1/2” 100 Rojo

V Bola de ø 1/2” 150 Rojo

-Escalas de dureza Rockwell (Tomado de ASTM E 18 - 03) Nota: La máquina de nuestro Laboratorio difiere de lo consignado en esta tabla, al estar marcada en color rojo la escala de aplicación con diamante y en negro la escala de aplicación con bolas de acero

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Para obtener la dureza Rockwell de la superficie de un material se presiona contra la probeta un indentador (cónico-esferoidal o esférico, según el caso) con una carga previa, luego se aplica la carga principal para sostener la carga total durante algún tiempo.

Luego de retirada la carga principal y mantenido la previa, se observa en la escala correspondiente al tipo de indentador, el valor de la dureza Rockwell, calculado automáticamente por la máquina. En las mismas condiciones se realizan varias indentaciones más.

El esquema de determinación de la dureza según Rockwell se expone en la figura 1

Al comienzo el indentador penetra un poco en la superficie de la muestra bajo la acción de la carga previa P0, la cual se mantiene hasta el final del ensayo.

Esto garantiza una mayor exactitud del ensayo ya que excluye la influencia de las vibraciones y de las irregularidades de la delgada capa superficial. Después se expone la probeta a la acción de la carga total Pf = P0 + P1, y la profundidad de penetración aumenta.

Luego de retirada la carga principal P1, en el sistema probeta-indentador ocurre una recuperación elástica, ya que sobre el actúa sólo la carga previa P0, siendo posible la medición de la profundidad de penetración h, la cual determina el número de dureza Rockwell (HR).

REALIZACION DEL ENSAYO:

Figura 1. Esquema de medición de la dureza Rockwell

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Como el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y monitor, sólo se darán aquí algunas recomendaciones adicionales.

1. Se selecciona el tipo de ensayo según la tabla de escalas de dureza Rockwell. Las

condiciones específicas para las durezas HRC y HRB se muestran en la siguiente tabla.

INDENTADOR CARGA PF

[KGF]

ESCALA LÍMITES

HRB Bola 1/16” 100 negra 25...100

HRC Diamante 150 roja 20...67

2. Las mediciones se realizarán así para cada probeta:

Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro → HRB

Probeta de acero AISI O1 templada en aceite → HRC Probeta de acero AISI O1 templada en agua. → HRC

Se debe tener especial cuidado en que la mediciones de dureza muestren resultados dentro de los límites permitidos, de no ser así se debe echar mano de otra escala u otro método de medición de dureza.

3. Cada vez que se realice cambio de indentador la primera impronta obtenida no será

tenida en cuenta, esto para permitir el asentamiento del sistema indentador, montura y porta indentador.

4. Se realizarán entre 5 y 10 indentaciones por probeta, teniendo en cuenta que la

separación del borde de la probeta y de una huella al borde de la otra debe ser mayor a 2,5 veces el diámetro de la huella.

4. RESULTADOS FINALES (TABLAS).

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ENSAYO PRACTICO DUREZA ROCKWELL (LABORATORIO):

PROBETA ACERO (DUROMETRO DIGITAL)

ESCALA PENETRADOR CARGA MENOR (Kg)

CARGA MAYOR (Kg)

CARGA TOTAL (kg)

VALOR DE E

A CONO DE DIAMANTE

120°

10 50 60 100

PROBETA ALUMINIO (DUROMETRO ANALOGICO)

PRUEBA VALORES

1 35.2 /15T

2 36.6/15T

3 34/15T

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ESCALA PENETRADOR CARGA MENOR (Kg)

CARGA MAYOR (Kg)

CARGA TOTAL (kg)

VALOR DE E

A CONO DE DIAMANTE

120°

10 50 60 130

4.-BIBLIOGRAFIA.

ASKELAND, Donal R., “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, Thomson

PRUEBA VALORES

1 19

2 21.5

3 22

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Editores. México, 1998.

FERDINAND P.Beer y otros, “Mecánica de Materiales”, 5a. Ed. McGraw - Hill, México, 2010

HIBBELER Russell C., “, “Mecánica de Materiales”, 8a. Ed. Pearson, México, 2010