Efecto de la temperatura sobre maquinas electricas industriales y automotrices

Efectos de la temperatura sobre las maquinas eléctricas industriales y automotrices.

Resumen.

Este ensayo retoma el tema de investigación “Effect of Temperature on Electric Current, Magnets and Electromagnet” donde se mencionarán las características principales del desempeño que tienen los magnetos, electro magnetos y la corriente eléctrica al trabajar a determinadas temperaturas; además se analiza un caso más practico sobre el desempeño de ciertas maquinas eléctricas a elevadas temperaturas. En particular se hablará sobre el  rendimiento y buen diseño de un alternador automotriz.

Palabras clave.

Corriente eléctrica, magnetismo, electro magneto, temperatura, maquina eléctrica, alternador.

Introducción.

Para cualquier ingeniero que se disponga a diseñar una maquina eléctrica, o cualquier otro tipo de máquina, es de suma importancia conocer los materiales que se emplean para la construcción de dicha maquina así como su composición y su comportamiento ante factores externos. Hablando de factores externos debemos mencionar la temperatura ya que es uno de los fenómenos físicos que no se pueden evitar y que tiene efectos significativos a nivel  químico y físico sobre toda la materia existente.

Debido a que en el artículo de investigación antes mencionado se abordan los  efectos de la temperatura  sobre la corriente eléctrica, magnetos y electro magnetos llevaremos este análisis a un ejemplo más práctico y para ellos hablaremos sobre los efectos de la temperatura en las maquinas eléctricas. Recordemos que el funcionamiento de cualquier maquina eléctrica se basa en los fenómenos de electricidad y magnetismo.

Sin olvidar que el presente tema se encuentra dentro de los temas de importancia de un alumno de la carrera de ingeniería en sistemas automotrices haremos un enfoque a una maquina eléctrica que se encuentra dentro de los automóviles, el alternador.

Contenido teórico.  

“Akash Yadav (Julio 14 de 2016, Effect of Temperature on Electric Current, Magnets and Electro magnets, International Journal of Advancements in Technology, p.4). En imanes con aumento de temperatura los átomos muy unidos comienza a separarse y llega un momento en que son completamente libres para moverse y así se termina el campo magnético. Al enfriarse, el átomo se contrae y, por lo tanto, su campo magnético aumenta por algún factor. Hay algún tipo diferente de imán cuyo poder disminuye ligeramente al aumentar la temperatura. En electricidad, en un cable cuando disminuimos la temperatura la resistencia del alambre disminuye. Si además estamos decrementando la temperatura se alcanzará un estado de superconductividad. Donde la resistencia será cero.”

Calentamiento y enfriamiento de las máquinas eléctricas

Las pérdidas de energía de cualquier máquina se convierten en calor, originándole una elevación de la temperatura que depende de la capacidad de absorción de calor, de los distintos materiales que la componen, así como la facilidad con que el calor puede ser conducido, radiado ó disipado de cualquier otra forma. La temperatura se mantendrá estacionaria cuando la proporción en que se genera y se disipa el calor sea el mismo. La temperatura alcanzada por las diversas partes de una máquina es variada, ya que depende del material, y la facilidad de enfriamiento, por lo tanto el estudio se efectúa como si la máquina fuera un cuerpo homogéneo, o sea como un solo material con características resultantes al promedio de todas las características de las diversas partes intervinientes. Si tenemos una máquina, la cual se encuentra a la temperatura del ambiente que la rodea, y la ponemos en funcionamiento, las perdidas originadas, generan una cantidad de calor, que ocasionan que el cuerpo eleve su temperatura y además como entre la superficie externa del mismo y el medio ambiente se presenta un salto de temperatura, el mismo ocasiona una disipación de calor hacia el ambiente. Este proceso continua hasta que la máquina toma una temperatura tal que todo el calor generado por las pérdidas es emitido hacia el medio ambiente, siendo esta la temperatura de “régimen” o de “servicio”.

Temperatura límite

La temperatura máxima a que puede llegar una máquina está condicionada por el material aislante de la misma, ya que sobrepasando la temperatura de trabajo del aislante, el mismo se degrada y pierde sus propiedades aislantes y por lo tanto se acorta la vida útil, o bien se destruye si la temperatura toma un valor muy alto. Luego podemos definir la temperatura límite, como la máxima temperatura que puede soportar el aislamiento de una máquina en forma continua sin perjudicarse. La norma IRAM 2180, indica los límites de temperatura de los distintos aislantes eléctricos que se emplean en la práctica.

Efecto de la temperatura en la eficiencia de motores industriales

Un motor que funciona con sobretemperatura ve afectada su eficiencia neta de forma severa. Básicamente, las pérdidas de carga de un motor (I²R) se verán incrementadas de forma lineal si el devanado de la máquina tiene una temperatura mayor que la nominal, debido a que existe una relación directa de aumento de resistividad del cobre en función de la temperatura. Normalmente, se cuenta con un valor de resistividad del cobre a 20°C, pero existe la relación:

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