Análisis de vibraciones en máquinas rotativas

 

Las técnicas de corte en MT

 

Protección de los transformadores de los centros de transformación MT/BT

 

ARON, Hermann

 

ARON, Hermann

• 1 de octubre de 1845, Kempen (Alemania).

† 29 de agosto de 1913, Berlín (Alemania).

Físico e Ingeniero alemán, inventor de un contador eléctrico tipo péndulo que se utilizó para medir la energía eléctrica en las primeras viviendas. Desarrolló la conexión Aron para la medida de la potencia trifásica.

Estudió primero en el Köllnische Gymnasium de Berlín, después en las Universidades de Heidelberg y Berlín. Al finalizar sus estudios trabajó con el profesor Paalzow en la Works Academy de Berlín, un centro que fue el antecesor de la Escuela Técnica de Charlotenburgo.

En 1876 le nombran Privatdozen en la Universidad de Berlín y en esta misma universidad, en 1880, obtiene la plaza de Catedrático de medidas eléctricas. Trabajó fundamentalmente en el campo de la electrometría, desarrollando contadores eléctricos de tipo péndulo que fabricaba en una empresa de su propiedad con sede social en Charlotenburgo.

A él se debe el sistema de medida de la potencia trifásica por medio de dos vatímetros. Por ello en algunos textos se conoce como conexión Aron (aunque el principio de conexión se debe al profesor francés André Blondel). Sus primeros trabajos fueron sobre condensadores, pero investigó en la teoría del micrófono, en acumuladores y electricidad atmosférica.

En 1883, con motivo de la Exposición Eléctrica en Viena, presentó un sistema de transmisión de señales eléctricas sin hilos.

Contador eléctrico de péndulo de Hermann Aron

Limitación de la temperatura en las máquinas eléctricas

 

Diferentes tipos de aislamiento empleados en los bobinados de máquinas eléctricas

 

Limitación de la temperatura en las máquinas eléctricas

Para evitar que los aislamientos pierdan parcial o totalmente sus propiedades aislantes a causa del calentamiento, se fijan límites de temperatura en las diferentes partes que constituyen las máquinas eléctricas.

Los materiales aislantes empleados para aplicaciones electrotécnicas, en general y, más particularmente, para bobinados de máquinas eléctricas, se clasifican principalmente según su temperatura máxima de funcionamiento, es decir, la temperatura limite por encima de la cual no se puede garantizar que el aislante conserve sus propiedades dieléctricas. Según los trabajos de la Comisión Electrotécnica Internacional, publicados en 1957 y adoptados por la Asociación Electrotécnica Española, los materiales aislantes se agrupan en las siguientes clases:

Clase Y (temperatura máxima de funcionamiento, 90° C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como algodón, seda, rayón y papel, sin impregnación. Se pueden incluir también otros materiales si la experiencia o ensayos de reconocida garantía demuestran que pueden funcionar a la temperatura máxima de funcionamiento anteriormente indicada.

Clase A (temperatura máxima de funcionamiento, 105° C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como algodón, seda, rayón y papel, cuando están convenientemente impregnados y cuando están sumergidos en un dieléctrico tal como aceite. Un aislamiento se considera impregnado, cuando una sustancia apropiada (por ejemplo, un barniz aislante) sustituye al aire entre las fibras del material, incluso si esta sustancia no rellena completamente los huecos que quedan entre los conductores aislados.

Clase E (temperatura máxima de funcionamiento, 120°C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales que, por la experiencia o por ensayos de reconocida garantía, demuestran que pueden funcionar a la temperatura máxima de funcionamiento anteriormente indicada, o bien que su estabilidad térmica permite su empleo a una temperatura superior en 15°C a la de los materiales de la clase A.

Clase B (temperatura máxima de funcionamiento, 130° C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, amianto, etc., con aglomerantes adecuados. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales que, sin ser inorgánicos como los anteriores, la experiencia o ensayos de reconocida garantía, han demostrado que pueden funcionar a la temperatura límite anteriormente indicada (130'C). Clase F (temperatura máxima de funcionamiento, 155°C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales tales como mica, fibra de vidrio, amianto, etc. con aglomerantes adecuados. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales que, sin ser inorgánicos como los anteriores, la experiencia o ensayos de reconocida garantía, han demostrado que pueden funcionar a la temperatura limite anteriormente indicada (155°C) o bien que su estabilidad térmica permite Su empleo a una temperatura superior en 25° C a la de los materiales de la clase B. Cate H (temperatura máxima de funcionamiento, 180°C). Aislamiento constituido por materiales tales como compuestos de siliconas, o de asociaciones de materiales como mica, fibra de vidrio, amianto, etcétera, con aglomerantes adecuados, tales como resinas de siliconas apropiadas. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales, si la experiencia o ensayos de garantía demuestran que pueden emplearse a la temperatura máxima de funcionamiento indicada anteriormente (180° C). Clase C (temperatura máxima de funcionamiento, superior a 180° C). Aislamiento constituido por materiales o asociaciones de materiales, tales como mica, porcelana, cuarzo y vidrio con o sin aglomerante inorgánico. También pueden incluirse en esta clase, otros materiales o asociaciones de materiales, si la experiencia o ensayos de reconocida garantía demuestran que pueden emplearse a temperaturas superiores a 180°C. En esta clase, un material, o asociaciones de materiales determinados, tendrá un límite de temperatura que dependerá de sus propiedades físicas, químicas o eléctricas.

En la tabla siguiente, y como complemento, se exponen algunos de los materiales aislantes empleados en las máquinas eléctricas, con indicación de la clase térmica a que pertenecen. Los materiales aislantes se han clasificado bajo límites de temperatura que darán una vida aceptable (de 15 a 20 años para una máquina eléctrica), en las condiciones de empleo generalmente encontradas en la industria. Sin embargo, la duración de la vida real en servicio depende de las condiciones particulares de funcionamiento, que son muy variables y dependen, esencialmente, de las condiciones ambientales, de los ciclos de funcionamiento y del tipo de máquina empleada (abierta, cerrada, protegida, etc.).

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES AISLANTES EMPLEADOS EN LOS BOBINADOS DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Además, la duración de vida aceptable en servicio varía mucho según la importancia relativa del peso, de la seguridad de funcionamiento, de la duración de tiempo prevista para la utilización del material, y de otras consideraciones económicas. Como complemento de la tabla anterior, a continuación, se exponen las temperaturas admisibles en las máquinas eléctricas, según las clases de aislamiento utilizado, según las normas alemanas VDE y suponiendo una temperatura ambiente máxima de 40°C.

 

TEMPERATURAS ADMISIBLES SEGÚN LA CLASE DE AISLAMIENTO

Para el manejo de la tabla anterior, deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

a)       los valores de la columna 4 se obtienen sumando los correspondientes a las columnas 2 y 3.

b)      los valores de la columna 5 exceden a los de la columna 4 entre 5 y 15°C.

c)      los datos más interesantes para el bobinador son los de las columnas 3 y 4, donde se expresan los valores medios a que pueden llegar como límite, las temperaturas de los bobinados en servicio.

d)  la columna 3 sirve de referencia para el ensayo de máquinas eléctricas. Si el cálculo del calentamiento se ha realizado tomando como base los datos de la columna 4, los valores de la columna 3 quedan garantizados mientras la temperatura ambiente no rebase los valores expresados en la columna 2.

e)    los datos de la columna 5, han de tenerse en cuenta para evitar puntos calientes con insuficiente refrigeración.

Finalmente, en la tabla que sigue a continuación, se expresan los valores característicos del cobre a las temperaturas admitidas según las distintas clases de materiales aislantes.

 

 

CARACTERÍSTICAS DEL COBRE A LAS TEMPERATURAS ADMISIBLES EN LAS DIFERENTES CLASES DE AISLAMIENTO

 

Ejemplo de cálculo de puestas a tierra en Subestaciones

 

HOPKINSON, John

 

HOPKINSON, John

• 27 de julio de 1849, Manchester (Inglaterra).

† 27 de agosto de 1898, Petite Dent (Suiza).

 

Ingeniero y Físico británico que realizó estudios importantes sobre el circuito magnético de las máquinas eléctricas, asentando las bases científicas para el cálculo y construcción de las máquinas eléctricas.

Hopkinson se matriculó en el Owens College de Manchester en 1865 para estudiar Ingeniería, pero en el año 1867 le concedieron una beca de estudios en el Trinity College de Cambridge y allí finalizó la carrera en 1869 con excelentes calificaciones, situándose en primer lugar en el Premio Smith.

Dos años después se doctoró en la Universidad de Londres. Entre 1872 y 1878 trabajó en el departamento de faros de la compañía Chance Brothers de Birmingham, que era un fabricante de lentes y sistemas ópticos de faros, que incluían los sistemas de alimentación eléctrica. Aquí hizo grandes perfeccionamientos en estos aparatos y proyectó muchas instalaciones de faros para diversos países europeos.

Sus investigaciones sobre las propiedades dieléctricas del vidrio y otros materiales transparentes se publicaron en la revista de la Royal Society y, por recomendación de William Thomson, (más tarde Lord Kelvin) fue elegido Fellow de la Royal Society en 1878.

En 1879 se estableció como ingeniero consultor en Londres, teniendo como cliente a la compañía English Edison, filial de la empresa americana de Edison. En este mismo año hizo ensayos con una dinamo Siemens y sus resultados dieron lugar a un artículo importante titulado On Electric Lighting (sobre el alumbrado eléctrico), publicado en la sede británica de ingenieros mecánicos. La importancia de este artículo reside en que aparece por primera vez la curva característica de la fuerza electromotriz del generador en función de la corriente de excitación de los polos. Esta característica de vacío de la máquina sería una curva importante para predecir el comportamiento de las dinamos y sería un ensayo estándar de las mismas a partir de entonces.

En 1881 sirvió como juez en la Exposición Internacional de Electricidad de París. En 1882 recibió una patente británica sobre un sistema de distribución eléctrica de corriente continua a tres hilos que era mucho más barata que la de dos hilos inventada por Edison.

En septiembre de 1882 escribió un informe a los directores de la compañía americana Edison, recomendando un estudio sistemático de las dinamos que salían de sus fábricas, con objeto de mejorar su diseño (téngase en cuenta que en febrero de 1882 la compañía Edison inglesa había inaugurado una central eléctrica en Londres y, en septiembre de este mismo año, entraba en funcionamiento la central de Pearl Station, en Nueva York).

Hopkinson hizo ensayos con diferentes estructuras magnéticas del circuito de excitación de las dinamos y llegó a la conclusión de que debían emplearse inductores más cortos y de mayor sección (las dinamos Jumbo de Edison, que ya se habían mostrado en la Exposición de París de 1881, tenían un inductor bipolar excesivamente largo, pues se creía que era el mejor diseño posible para generar tensiones elevadas y poder colocar un gran devanado de excitación). Para demostrar sus teorías, Hopkinson construyó una dinamo (que más tarde se denominó dinamo Edison-Hopkinson) con polos más cortos y demostró que podía alimentar el doble número de bombillas que la dinamo original (con el mismo peso de la máquina). Hopkinson desarrolló una metodología para el diseño del circuito magnético de las máquinas eléctricas y podía predecir con gran exactitud cuál iba a ser su comportamiento.

John Hopkinson, con su hermano Edward, escribió en 1886 un trabajo titulado Dynamo-Electric Machinery que se publicó en los Philosophical Transactions del 6 de mayo, en donde se incluían las definiciones de fuerza magnetomotriz y reluctancia. Este artículo sería ampliado posteriormente con otro publicado en la misma revista el 15 de febrero de 1892. Con estos trabajos de los hermanos Hopkinson, el diseño de las dinamos, que había sido bastante empírico hasta entonces y basado en experiencias prácticas, comienza a tener una base científica que necesitaba un estudio riguroso del circuito magnético. A partir de entonces, el inventor tradicional tendrá que dejar paso a los ingenieros, dotados de una mayor formación científica para poder desarrollar nuevas máquinas y mejorar los diseños existentes. Es por ello que con Hopkinson se inicia el diseño racional de las máquinas eléctricas. Estos importantes estudios de John Hopkinson le dieron gran fama y notoriedad mundial, y en 1890 le proponen para que se haga cargo de la cátedra de Ingeniería Eléctrica del recién fundado Laboratorio Siemens en el King’s College de Londres. Hopkinson tenía una gran formación teórica y mostraba una gran habilidad práctica, por lo que son notables sus investigaciones teóricas y la solución concreta de problemas de Ingeniería.

Escribió más de sesenta artículos con una gran maestría y conocimiento de la materia, entre ellos, varios libros sobre la corriente alterna y máquinas eléctricas. Sus trabajos fundamentales se refieren al estudio de la magnetización del hierro y del circuito magnético de las máquinas eléctricas, asentando las bases científicas para la construcción y el cálculo de las máquinas eléctricas; fue el primero que estudió con rigor la estabilidad estática del acoplamiento de alternadores y las condiciones que debían cumplirse para poder efectuar dicho acoplamiento.

Hopkinson fue Presidente del IEE de Londres en 1890 y también en 1896. Por desgracia murió prematuramente (a los cuarenta y nueve años) en un accidente de montaña en una ascensión a los Alpes junto con tres de sus hijos