Circuitos magnéticos en contactores y válvulas solenoides
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CIRCUITOS ITAGtrETICOS ET COtrTACTORES Y VALVULAS SOLETOIDES DIEGO ESCOBAR SATCHEZ /¡ LUIS FERTATDO JIilElrEZ BOilILLA Uffi'dtd-ltlrnomo óc 0d¿Üah Da¡o übiidro t05s I TrabaJo de grado preeentado conc) requleito parclal para optar eI tltulo de lngenlero electrlcieta. Director: LUIS FERtrAfDO VELASQUEZ G. I. E. SAITTIAGO DE CALI CORPORACIOil UTIVERSITARIA AUTOTOIÍA' DE OCCIDEfTE FACULTAD DE IilGEUIERIA ELECTRICA leBB lSf fffiru lonrq3
Transcript of Circuitos magnéticos en contactores y válvulas solenoides
CIRCUITOS ITAGtrETICOS ET COtrTACTORES Y VALVULAS SOLETOIDES
DIEGO ESCOBAR SATCHEZ/¡LUIS FERTATDO JIilElrEZ BOilILLA
Uffi'dtd-ltlrnomo óc 0d¿Üah
Da¡o übiidro
t05s ITrabaJo de grado preeentado conc)requleito parclal para optar eI tltulode lngenlero electrlcieta.
Director: LUIS FERtrAfDO VELASQUEZ G.I. E.
SAITTIAGO DE CALI
CORPORACIOil UTIVERSITARIA AUTOTOIÍA' DE OCCIDEfTE
FACULTAD DE IilGEUIERIA ELECTRICA
leBB lSf fffiru lonrq3
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Aprobado por el Confté de TrabaJode grado en cunpllnlento de losrequlsltos exJ-gidos por la Corporación IlnlversLtaria Autónooa deOccldente para optar al tltulo deIngenlero Electrlcleta.
Presideote deL Jurado
Call-, agosto 9 de 1988
Jurado
ür
IJ
A nueetroe ¡radres por au apoyo y conflanza.
t
t --.
AGRADEC I [I ETTOS
Loe autorea expreaan au6 atradeclnientoe¡
A DAVID FERIAfDO RAilIREZ, FIS., Profesor de Fletcaa en laCorporaclbn Unlvereltaria AutOnona de Occldente.
A LAUREAIO SAtrTACRUZ, I.8., Profeeor de canpoaelectromagnéticoe y clrcultoa en Ia CorporaclónUulvereltarla Autóuona de Occldente.
A LUIS FERilAIDO VELASQUEZ G, I.8., Dlrector del proyecto.
A GUSTAVO GARCIA CHAVFIZ, I. E. , Profeeor d.e red.ld,aeeléctricaB y aaeaor princlpal del proyecto
A EDUARDO SERRAIO OREJUELA, LIT., Aeeeor.
A JORGE RAUL üAHECHA t, T. U. , Aeeeor.
A ITAGtrET PHYSIK DR. STEIIÍGROEVER GTBH.
A La CORPORACIOX UTMRSITARIA AUTOtrOI{A DE oCcIDEtrTE.
w
TABLA DE COXTE¡ÍIDO
0. ITTRODUCCIOT
1. ATALISIS DE ilERCADO
L.2, TIPOS DE COIrTACTORES Y VALVULAS S€LBf,OIDESACREDITADOS Btr EL I{ERCADO
L,2,L. Contactor tipo grapa.
L.2,2. Contactor tlpo deeplazanlento borlzo¡tal.
1. 3. VALVULAS SOLEf,OIDES
1.4. TABLA DE AXALISIS
2, EXIGEtrCIAS DE DISEfrO ]
2,L, COtrCLUSIOXES AL IIERCADO DB COITACTORES
2,t,L. Contactoree lncluldoa en equfpoe.
2,L,2. Coueecucl6n de boblnae.
2,L,3,. üarcae y refereuclae.
2, L, 3. L, I¡f,ornaclon de fabrlcantee.
2.2, COTCLUSIOXES AL üERCADCI DE VALVULAS SOLEÍOIDES
2,2,t. Vllvulae eolenoldee lucluldaa eD equlpoe.
2.2,2. Suetituclon por otroe eietene.2,2.3. Ilarcas y referenclae.
3. AIÍALISIS SISTEtrATTZAD(J DE DISEfrO
3.1. PROPOSTTO
Pe8.
L
3
5
5
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6
I
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11
11
T2
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t4
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15
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L7
2L
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2L
Y
3.1.1. El contactor.
3. 1. 1. 1. El eLectroiman.
3, t, L,2, Clrculto uagnétlco de corrieu.te alterna.
3. 1. 1.3. Clrculto mgnétlco dc corrlente contlnua.
3.1.1.4. La boblna.
3.1.1.5. Los poloe o contactoe prlnclpa1es.
3. 1. 1.6. Loe contactoa auxtllaree.
3,L,2. La vAlvula eolenolde.
3. 1.2. 1. VAlvula d,e acclon dlrecta.
3,L,2,2, VAlvula coa operador pll.oto l¡terno.
3. 1 . 2. 3. VA1vulae con retorno nuual .
g,L.2,4. Tlpoe de valvul.ae eoleaoldee ecgtn eue vlae.g,L,2.4,L. VAIvula de doe vÍae
3.1.2,4,2. VAIvuIa de tree vlae.
3,t,2,.4.3. VAlvuLa de cuatro vÍae.
3.1.2.5. Encerrantentoe d.e loe eolenoldee.
3, L,2. 5. 1. Tlpo I . llultlueo.
3.1.2.5.2. Tlpoe IV y VII. ConblnaclOn de protecclOncontra agua y exploe16a.
3.1.2.6. Coueurc de potencla.
3. 1.3. Fuerzae na6néticae.
3. 1.3. 1. Ifagnetlzaclon (ü).
3.1.3.2. Canpo nagDético (H).
3.1.3.3. Deneldad de fluJo o lnducclón nagnétlca (B).
3. 1 . 3. 4. Perreabl I ldad (r¡) .
3.1.3.5. Ener6la alnacenada eu el caqpo nagnétlco.
3. 1. 3.5. 1. TrabaJo etéctrlco.3. 1.3,5,2. TrabaJo recAulco.
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5?
5C
3.1.3.5.3. Et prlaclplo del trabaJo vlrtual.
3. 1.3.5.4. Punto de vleta clrcuital.3,2. DIüEf,SIOTAIIEXTO DBL trUCLEO
3, 2, L. Autolnductancla.
3.2.1.1. Autolnductancla en u¡r eoleaolde.
3,2,2. Reluctaacla.
3,2,2.L. Reluctauclae en eerle.
3.2,2,2, Reluctanclae en ¡raralelo.3,2,2,3. Longltud efectlva para la fuerza
nrgnetorctrLz,
3.2.3. taterlaL.3,2,3, t, Hletéreele.
9,2.3.2, f,aturaleza de loe naterialee.
3.3. EFECTOS ELECTRICOS ]fO DESEADOS
3.3.1. Corrientee de Foucau1t.
3.4, PROGRAIIA TSPIRA
4, COTSECUCIOT DE ITSUIOS
5. ASPECTOS DE COIÍSTRUCCIOtr Y PRUBBA
5.1. PRUEBAS
5.1.1. Porqué ae quena una boblna.
5.1.1.1. Tenel6u.
5.1.1.2. Frecuencla.
5. 1. 1. 3. Conexl6n euelta.
5.1.1.4. Calda de te¡elón.
5. 1. 1.5. Superflciee euclae.
5. 1. 1.6. tando lneeguro.
5.1.1.7. Falea reeleteacla en eerie.
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5. 1. 2. Pruebae apllcadae.
5. 1.2. 1. Tenel6n.
5, t,2,2, Frecueacla.
5. 1. 2. 3. Energlzaclón y deeenerglzaclón.
5.1.2.¿. Euerglzaclón por tlenpo prolongado.
5. 1.2.5. Poeiclón.
5,L,2,?, Teuperatura.
5. 1.2. E. FluJo.
5.2, BATCO DE PRUEBAS
5. 3. üEDICIOtrES ELECTROTAGUETICA.S
5.3. 1. Fluxlretro.5.4. PRUEBA
6. I{ERRAtrIEtrTAS PARA PRODUCCIOX Elr SERIE
7, ffiTODO O PROCESO DE COTSTRUCCIOT
7,L, OBSERVACIO]Í DEL ELETEIÍTO
7 .2, FUERZAS I'IECATICAS
7,3, AGRUPACIOtr DB DATOS
? ,4, AIALISIS SISTETATIZADO
7.5. COTSTRUCCIOtr
7,5,L. Dlepoeiclóa totaL del elereato.
7,5,2. Dfapoelclón parclal del elereato.
7,6, PRUEBAS
8. TIEIIPO DE PRODUCCIOtr POR Uf,IDAD
8.1. COXTACTORES
8.1.1. Dlapoelclón total del contactor.
4,L,2. D1epoe1c1ón parclal del contactor.
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L20
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L26
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t37
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139
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Yu,t
8, 2, VALVULAS SOLEIIOIDES
8,2,t. Dfepoelcl6n total de la válvula eolenolde.
8,2,2. Dlepoe1c16n parclal de la válvula eol.enolde.
9. CAtrTIDAD DE PERSOTAL
9. 1. DISEfO
9.2, PRODUCCTOtr
9.2.t. Produccl6n en eerÍe.
9,2,2. Produclón por erergeucla.
9.3. COXTROL DE CALIDAD
9.4. ADTItrISTRACIOtr
9.5. VETTAS
10. ATALISIS DE COSTOS DE PRODUCCIOtr
10.1. COSTOS ITTCIALES
to.2. cosTos FIJos
11. COTCLUSIOtrES
BIELIOGRAFIA
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140
L4L
143
143
L44
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145
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t47
L47
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ir
FIGURA 1.
FIGURA 2.
FIGURA 3.
FIGURA 4.
FIGURA 5.
FIGURA 6.
FIGURA 7.
FIGURA 8.
FIGURA 9.
FIGURA 10.
FICURA 11.
FIGURA T2,
FIGURA 13.
FIGURA L4,
FIGURA 15.
FIGURA 16.
FIGURA L7.
FIGURA 18.
LISTA DE FIGURAS
Pag.
Contactor tlpo 6rapa. 7
Coatactor tlpo deeplazamiento horizoatal. 6
VAlvula de acclón dlrecta deeenerglzada, ?8
VAIvula de accl6n dlrecta ener6lzada, 29
Dlafragna o platón tlpo HUfc. 31
Válvula con retorno nanual deeenerglzada.
VAlvula con retorao ¡¡anuaI energlzada.
Válvula de doe vlae desenergtzada,
VAlvuIa de doe vlae energlzada.
VAlvuIa de tree vlae deeenerglzada.
VAlvula d.e tree vlae energlzada.
VAlvula de cuatro vlae deeenergtzada.
VAlvula de cuatro vlae energi.zada.
Corrlente de nagnetlzaclón.
Corrlente, lnducclOn nagnétlca ynagnetlzacl6n de un torolde.
TrabaJo recánlco para mver una eeplracoD corriente.
Relevador.
Ley de Faraday.
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33
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3?
38
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4L
46
50
60
60
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FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
FIGURA
19.
20.
2T,
22,
23,
FIGURA 24.
FIGURA 25.
FIGURA 26.
FIGURA 27.
FIGURA 26.
FIGURA 29.
FIGURA 30.
FIGURA 31.
FIGURA 32.
FIGURA 33.
FIGURA 34.
FIGURA 35.
FIuJo enlazado por una boblna.
Inductancla en un eoleaolde.
Reluctancla en eerle.
Reluctancla en paralelo.
Potenclal rnagnétlco eecalar yelectroetAtlco.
Clclo de bietéreele.
Curva de nagaetlzaclOn del acero alel1lc 1o.
Curvas norrnrles de lnducclón.
Curvae de lnducclón y perreabllldad.
Clrculto ferronagnétlco con voltaJeeeaoldal.
FLuJo de d1recc16n posltlva eallendopapel.
Corrientee de rercLlno.
Seccl6n de nücleo conetruldo coulanlnacloDeB.
Corrlentee de Foucault.
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Bllnlnaclon de las corrlentee de FoucauLt.
Eequerna de conexlóa baaco de pruebaÉ.
Clrculto del fluxlr¡etro lntegrador.
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101
deI101
101
101
106
106
L25
L2?
xü
TABLA
TABLA
TABLA
TABLA
TABLA
TABLA
TABLA
TABLA
TABLA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7,
8.
9.
LISTA DE TABLAS
Tabla de atal1ele.
Slereue.
Te lerecanlque.
Lovato.
Klocknen IlollerAeco.
f,orgreen.
Ilaterlae prlms.Herranlentae para produccl6n en eerle.
Pat*
10
t4
14
L1
15
1A
20
111
131
IU
RESUTBtr
El proyecto recorre Ia teorla electrormtnéttcar buecando eu
apllcacl6n a la reconetruccl6n d,el clrcuito d,el nlsrc
noubre lncluid.o en elerentoe d.e accloaanlentoe, nAB
concretareute loe contactoree y lae vA1vulae eolenoldee, no
ela antee hacer un anAllele eobre el rercado de eLloe para
coaduclr flnalrnente a Ia fnfraestuctura ml¡lna de una
nlcroeupreea cuupl.lendo con todoe loe obJetlvoe. deecrlbe
puée dentro de eue fluee acadénlcoe y prActlcoe¡ urra eerle
de procedluleutoa üt1lee que conduceD flnalrente a la
creact6n de una nicroempre€¡a para La reconetruccl6n del
clrculto electronaguétlco en loe contactoree y vAlvulae
eoleuofdee con toda la autorldad que procede de uDa
lnveetlgaclOn eobre el nercado de éstoe elerentoa, €u
comeepondfente anál1eie y E¡obre todo 1o referente a loe
canpos electrona6nétlcoe apllcadoe a eetoe acclonanlentoe.
El eetudlo coneldera la factlbllldad para Ia conetrucclóon
de Ia bobina eln tntervenclón de tecnologiae forAneae,
f.ncluyendo para tal efecto un cueetlonanlento eobre Ia
conBecucfón de lnsumoe. El proceao de conetrucclOn de la
rrll
boblna y auD de reconetrucclon deL clrculto
electronegnétlco de loe contactoree y valvulas eoleaoldee,
es novedoao y dlferente ar tradlclonar que en Ia nayorla de
loe ca6o€¡ solo elrvló para eeubrara desconflan;za en el
nercado, por eu baJa calldad. Bn éete nAtodo o procee;o,
por el contrarlo ele deearrollan técnlcae para eI control de
carldad con ee¡reclar énfaele y conelderaado todas lae
cauaae que conducen a Ia falla del equlpo eD cuaLquier
clrcuuetancla. El tlpo de pruebae, por ser reeultado de un
proceeo anaLltlco, ha sido conducldo teul.endo en cuenta la
poeibllldad de lnplerentar uD laboratorlo de caupoa
electromagnéticoe o de apoyo para acclonanteatoe, con el
fln de hacer naa conpreaeiblee algunoe conceptoe que eD
ocaeloues hacen dlficll er proccrao de apreudlzaJe por 6u
nlvel de coupleJldad.
La estructura para la foruaclón de una mlcroeuprega, tiendea sol-uclonar problenae com el del deseupleo, a la vez que
se convlerte en una aLternatlva para proveedoree y
coneuuldore8, toda vez que a éetoe ültlnoe lee auplla laepoalbllldadee de reutlllzar eue equlpoa averladoe eD ua
lapeo relatlvareute corto. La poelbllld.ad de ex¡ranetón ee
conelderada de vltal lnportancla, no eolo ¡ror loe productog
que ae puedea lmplerentar con éeta eetructura, e1n6 por eIlncrenento de Lae ventae.
tiy
a
I:rTRODUCCIOT
El proyecto tlende a eoLuclonar problenae eoclal.ee roalee,
relaclonadoe con la lngenlerla eléctrlca, optlnlzaado éetae
eoluclonee, medlante un eetudlo ütllr coDCreto y
técnlcarente econ6rnlco.
Loe altoe lndices de lnportaclón de tecnologiae, aocavaD Ia
econonla naclonal, toda vez que eI pals deJa de ¡rerclblruna cautldad coneiderable de dlvleae. Partlcularueate, elaector el.éctrlco lnporta la graa mayorla de equlpoa y
eumlnletroe para obras que van desde La generacl6a a la ¡¡Ae
elenental dletrlbucf6n domlc1l.farla, paeand.o por tod,oe loe
proceaoe de la luduetrla, donde un alto porcentaJe de
elerentoe para accÍona:¡lentoe correaponden a tecnologla
lryortad.a que adenáa de eer coetoea, en ocaeloneB no ttene
repreaentaclón naclonal. El probl.ema afecta doblerente laeconomia del paie cuando Ia coneecuclón de loe eleuntoe
Be hace por la vfa del contrabando corc ocume eD gran
cantidad de cae¡oe¡. Eetos factoree Juetlflcan La
elaboraclón d.e éete proyecto puée en eI ee lnpIerenta una
tecnlca naclonal de calldad controlada que contrlbuye aI
?,
ahorro de dlvlsae. Et proyecto confor¡¡a Ia lufraeetructuranlnlma de una raicroenpreea, con doe flnee prlrcrdla1ee: El
prlrero de elloe ee el de contrlbufr a la dlemlnuclOn del
nlveI de deeocupaclón de loe colo¡¡blanoe redlaute laut111zac16n d,e ¡rrno de obra callflcada y no callflcada y eI
aegundo ea el de sunlnletrar a loe proveedoree y
coneunidoree (lnduetrta) una producclbn en aerte y de
re¡raractón por erergeDcla d.e boblnae para coutactoree y
válvulaa eolenol.d,ee, de acuerdo a uD eetudlo detallado
eobre clrcultos magnétlcoe, ofreclendo uDa calldad
excelente, para 1o cual ee regletran pruebae quc garantizan
la conflabllldad del producto.
El eetudlo detallado, Do solarente conduce a flnee de
conetrucclólr e1n6 tanblén acadé¡¡lcoe redlante Ia
utillzactón del banco de pruebaa cou ayuda dldActlca en Ia
con prenel6n de conceptoe eobre tcorla electro¡¡agnétlca y
ac clonauf.entoe en ocael.oaee de diflcll coüpreae16u para eI
eetudlante.
La netodologla lncluye una lnveatlgaclón del rcrcad,o, con
1o cual se elenbra un precedente a la elaboraclO¡ de la
¡rarte analltlca y ee gula el eetudlo ¡rara Ia fornaclóa de
Ia ulcroeúpreaa lacluyendo Ia parte ecou6r¡1ca.
3
1. ATALIAIS DE IERCADO
De acuerdo a un segul¡¡lento practlcado ¡ repreaüDtantee de
ventae de fabrlcaatee nultinaclonalee (coneideradoa e¡ éete
egtudlo proveedoree), corcrclantee (aeignadoe tar¡blén corc
proveedoree y conÉ¡u¡lldoree conetltuidoe prlncl¡ralreate por
la nAs lnportante lnduetrla del eector de1 Va1le dcl Cauca,
€¡e repr€aentan Lae elgulentee eetadletlcae, que e1 blea
deben coneiderarae aproxlnadae por cauea de dlverea lndole,
aon lo euflclenterente conflablee co@ para loe fluee que
éste trabaJo enr¡arca.
La coneulta a Loe proveedorea E¡e Llevó a cabo de Ia
elgutente Danera:
-Quc narcae de contactoree y/o vAlvulas eolanoldce
dletrlbuye?
-Cualee aon loe tlpoe de coutactoree y/o
eolenoldeB ñ¡a dlfundldoe en eI rercado?
vAlvulae
-Qué tanaÍo oee¡reclflcac16n traeu Loe contactorce y/a
vAlvulae eolenoldea que dletrlbuye y cuales eon loe mAe
corerclales?
-Corc es eI eerviclo en cuanto arepueetoe ee reflere para
4
loe contactoree y valvulae eolenoldee que provee?
-Corro ea el. vo1uren de veataa reDe¡ualec dc boblnae para
contactoree y/o vAlvulae eolenoldee?
Loe lnduetrlalee, cono coneu¡1dore6 ree¡rondleroD a Ia
algulente coneulta:
-Qué Darcaa de contactoree y/a vAlvulae solenoldce
ut111za en aua eLetern¡e de produccl6on?
-De que tlpo eon loe contactorea y/o vtlvulaa golenoldoe
que uea?
-De que tanaño aoD loe¡ contactoree y/o vAlvulae
eolenoldea repreeentadoe eD eu planta?
-Corc ea la aeletencla ea cuanto a repueetoe se reflerc y
qulén Ia hacc?
-Corc aon aue¡ aeceeldades en cuanto a eunlnlstro de
contactoree y/o válvulae eoleuoldee?
-Couo E¡oD aua ueceeldadee en cuanto al eunlnLetro dc
bobinae de repueeto para e¡ue contactoree y/o vAlvulae
eolenoid.ee? Son ellae blen atendldae?
-Egüarla diepueato a hacer uDa recuperaclOn total dc tsua
contactoree y/o vAlvulae eolenoldee electrlcarenteaveriadae?
Loe regultadoe obtculdoe ¡ror éeta coneultar B€ reeturcn GD
eI Tabla 1 aclarando que otraa reapuegtae ae preeentan
couo concluefOn al mercado d.e contactoree o de vA1vu1ae
5
Eolenolde€¡ aegün É¡ea el caao.
La cantldad de proveedoree encueetadoe equlvale
aproxlmadarente aI 3O% del. total de al.maceDea o p€raonaa
vlnculadas al redlo. En cuanto a Loe coaeu¡ldoree, hay que
deetacar que reepondleron a la encueeta un 15% del totaL de
lndustrla, coaelderando el voluma de coneuür reDeual nas
no de exlateucta total.
L,2. TIPOS DE COtrTACTORES
ACREDITADOS BX EL ilERCADO
VALVULAS SOLEtrOIDES
A lleBar de eucoatraree varloe tipoe de contactoree ea elrercado, dentro de loe cualee flguraa eL contactor tlpograpa (Clamp type), é1 tipo deeplazaniento horlzontal y eItipo deeplazanlento vertlcal, é1 eetudlo ee reduce eolo a
los doe prlreroe, dada La condlclóu de obeoleto de loe
demAs.
Ea eI rercado eetAn conprendldoe loe proveedoree y loe
coneurnldoree.
L.z,L. Contactor tlpo grapa (CLa¡rp Type). Ecte tlpo de
contactor, eetA confornado por un nücleo, una arndura que
plvota en la parte lnferlorr I gue amagtra couelgo un
Juego de contactoe nbvllea; un Juego de contactoe flJoe y
naturalrneate uDa boblna. Ar energlzaree ra boblna, ra
6
corrlente que clrcuLa a través de ésta crea un fluJo que ae
cterra por eI clrcultomagnétlco, atrayendo Ia arnadura que
a etu vez amaetra loe coutactoe nüvllee, aproxluudoelclerre de elloe bacla loe contactos flJoe. La flgura 1,
¡¡neetra eL contactor tlpo trapa utllLzado prlnordfalmntepara arrancar notoree de gran potencla.
Este tlpo ee deelgDara con el nürero 01 en el Tabla 1.
L2,2. Contactor tipo deeplazanÍento borlzontal. EI nAe,
corcrcla1 de acuerdo a éete anAllele, eetA coaetltuldo por
uD nücleo, dlvldldo en una parte flJa denonlnada culata y
uDa ¡rarte ¡nóv1l o ann¡dura, que arraetra loe contactoe
úv1lee hacla Loe coatactoe flJoe. una mJor daecrl¡rc1ón
del tlpo deeplazanlento borizontal ae nueetra en e1
apartado 3.1.1 (el contactor).
Eete tipo ee deelgaara co¡ el nürero 02 cn e1 Tab1a 1.
1. 3. VALVULAS SOLE]ÍOIDES
Loe tlpoe de vAlvuLaa eol-enoldee, eetan claelflcadoeprlrcrdlalrente de acuerdo al flutdo que éatae controlaa y
a la fe¡rnn couo lo naneJan. Asl, eel poelbl.e eDcontrar
vAlvulae para vapor, fuel o11, gaeollna, etc., corc tambien
vAlvulae de uDa entrada y doe ealldae o d.oe entradae y
cuatro ealldae, etc., eegün ee requlera. La claelflcaclón
BobIno
FIGURA 1. Conloctor tlpo gropo.
f iJo¡
Conlocloo móvllr¡
Conloctoc
É
FfOURA 2, Contoctor tipo dr¡Plozomirnlo horlzonlol.
Bobino
del solenoide, depende por tanto de eetoe factoreer por
que en el Tabla 1f no 6e hace referencia al6una a1 tlpo
tamaño de éste.
1.4. TABLA DE AtrALISIS
Véaee Tab1a 1.
1o
o
<<D:>@<-
Fts
GF
o^
rE
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-eo-ts-
e>.=-t-€
=
=
E=5E#
<<5G,
=@<>
a===H= E=
ó-.:.:€ea
11
2, EXIGETCIAS DE DISEfrO
De acuerdo al anellsle de rercado'
concluslonea, gue se Preeentan a
a la deternlnaclOn de loe tlpoe de
y vAlvuLae eolenoldee, Das
cougumfdorea.
ee obtlenen una eerle de
contluuaclón, coDducentee
boblnas para coutactoree
soLicltadoe por Loe
2, t, ConclueloDeB al mercado de contactoree. Como
reeultado al mueetreo realtzado a lae entldadee mea
repreaentatlvae deI ramo' ae obeervaron loe elgutentee
f enbrenoe:
2.L,L. Contactores lncluldoa en equlpoe. Exletea rarcaa
de contactorea, que a peaar de encontraree eu apreclable
cantidad en loe centroe de coneuno (luduetrla) ' elon
dletrlbuldag por loe proveedoree en muy Poca cantidad, o
def lultlvarente no aon dlstrlbuidae nl encuentran
repreBentaclón en eI Valle del Cauca. Eete ee eI caao de
las Darcas Veethlnghouse, Allea Bradley y Kaeugar Que no
tleaen representaclón en nueetro redlo, o del GeneraL
Electrlc t y del Square Deere, cuyos dlstrlbuldores eolo
L2
logran proveer una lnflrns cantidad y por pedldo eepeclal.
BI hecho de que la lnduetria loa ut1llce eD Bran ""orrd"U,tlene que ver prlmordlalrpnte con e} hecho de Ia
conforrnaclOn de La producclóu. Si La fAbrlca por eJenplo'
pertenece a una multinaclonal Xorteamerlcanar eE¡ comün
encontrar equlpos eetadounldeneee. Los acclonanlentoe de
dlchos equlpoe tendran entoncee e6a tecnologla y
predomlnaraa marcas como el Square Deere, Yeetlnghouee o
General El.ectrlc, marcas éetae güe, como ae expl lc6
anterlorrente cueatan con Euy Poca o ninguna rePreaentaclÓn
y eervlcto. Estae enpreaaa nornalmente y Para no alterar Ia
tecnologla del equipo, lraportan loe contactoree cornpletoe,
lncrementando asl 1o gue denominan "cerenterlo de
contactoree'r, conetltuldo por varlos de estos elerentos
eléctrlca y/o mecanicamente averladoa.
2,L,2. Coneecucl6n de boblnas. La eetadietlca moetrada en
el anALisle de nercado no puede conelderarae exactar pueeto
que tanto el proveedor como el coneumldor, solo podrlan
remltirse a expreÉar un promedlo aproxlmado de con qué
frecuencla se requleren las boblnas Para los contactoree.
Sia embargo exlsten uarcaa de contactoree que sfn tener
repreeentaclon en eI mercado, elon eollcitadae Por loe
coneumidorea como conBecuencla del fenOreno expueeto en e1
nureral anterlor. Un eJemplo 1o conetltuyen las marcas
13
Vestinghouee, Allen Bradley, Kasugar ¡f Brown Boveryr que
sia contar con uDa llnea de servl.clo hacen mrlto d¡ elu
presencla, toda vez que los consumidores sollcitan boblnas
de repuesto.
EI costo de un mfnuto de producclón eD la gran lndustrfa'
comblnado con la escaaee de las boblnae de repueeto
contribuyen a la formaclón de grandee "cereDter1oe" de
contactoreÉ e lnclusive a au deeecbo cotrE chatarrar I a Bu
euetltuclón por un contactor nuevo. Eete fénbreno no puede
daree en parte de Ia redlana ni la pequeña lnduetrla' donde
euetltulr un contactor puede reeultar mAe coetoeo que eI
tlenpo de producclón, eleupre y cuando el Proceeo en cadena
no gea extenso.
La eecaeea de boblnae de repueeto ha ll.evado por tanto a
loe lnduetrlales a euetitulr Darcas sin representactÓn en
el pals por algunae que ei tlenen rePreaentactOn cono
SIEilEÍS o TELEI{ECHAfIQUE, 1o que lae hace mAe comerclalee'
a pe6ar que en ocaelones estae Darcaa rro logran reeuplazar
con eficlencia a lae otrae orl6lnalmente lnetaladas en loe
equipos de producclón.
2.1.3, Ilarcae y referenclae. Los fabrlcantee nAe
representadoe tanto por loe proveedoree corc Por loe
fabricantee eou SIEltEtrS, TELETECHAilIQUE' LOVATO y KLOCKfER
14
Ias referencias r¡ iaIIOLLER, de lae cualee ae espectflcan
couerclales.
2, L 3, L, Informaclón de fabrlcantee.
TABLA 2. Slemens.
REFEREIÍCIA TAITAfrO corEcTAR corExlorcoso vA coso
ALVA
3T840./3T8413TB'42/3TB,433T8443TB463TB,47/3TB,483TB5O3T8523T854
012346I
10
7275?6
Lg4365530730
1060
o,74o,75o. ?8o,32o.450. 41o.38o. 35
10.5 0.310.5 0.310.5 0.32t.o 0.3435. O 'O.2A40. o o,2856.0 0,2479.O O.2?
TABLA 3. Telenechanlque.
REFERET TAI{AfOCIA
AL COrECTARvA coso
corEx I orVA COSO VATT
LCIDOgSLCID123LC1D173LC1D253LC1D323LC1D403LC1D503LClD603
0o112234
808080
115115200200200
0.80.8o.80.8o.80.6o.60.6
III
1111202020
o.30.3o.3o.30.30.3o.30.3
L.8 - 2,?L.E - 2.7L.8 - 2,73.0 - ¿.o3.0 - 4.06. O - 10.06.O - 10.O6.O - 10.O
TABLA 4. Lovato.
REFERETCIA
TAl,tAfrO AL COSECTARVA VATT
corExrof,VA VATT
89/Btz816/B,22B,32846863/860Bt108150B.2208315
01234679
11
656565
2LOzto75075,0
t2LOLzLO
484848
110110200200300300
9II
1818¿6464848
2,52,52.56.06.O
L7. O
t7. o23. O
23. O
15
TABLA 5. Klockner I'[o1ler.
REFEREI{CIA
TAI{AfO AL COtrECTARVA VATT
cotrExIotrVA VATT
DIL 04DIL O8I{DIL OOilDIL OIdDIL 1ilDIL 2l',.DIL zAI'tDIL 3DIL 4DIL 6DIL 8DIL 8ADIL T2
11122346II
11L2t4
135065
100140185185300410580
1265L3702700
L238507585
105105L26L72190350410810
3.3 1.37,O 2.O8.5 2.5
10.0 3. o15. O 4,O20.o 6. o20.o 6. o34. O 8. O
44.0 L?,O50. o 14. O
75.0 24,O80.0 31. O
2.2, COtrCLUSIOIIES AL ilERCADO DE SOLEtrOIDES
La varledad de narcag de valvulae eoleaoldee no ee¡ tan
extensa corn la de los contactoree e lgual ocurre con los
proveedoree. Sln embargo ea muy co¡nün eacontrar en la
lnduetrla éete tipo de elerentoB en la uayorla d.e loe
proce6o6, eeto de p1é a doe fenórenoa que se deecrlben a
continuacfón.
2,2,L. VAlvulae eolenoldee lncluldaB en equipoe. El hecho
de que Ia Lnduatrla po6ea mAs váIvu1as sol.enoldee de Lae
que au proveedor pueda eunlnletrarle ee atrlbuible a que eD
la rneyoria de loe casos, La lnverelón en loe equlpoe del
proceao ya lncluye eetae. Asl pue6, cuando una lnduetrla
compra un quenador, éete ya vlene acondlclonado con 6u
válvula eolenoide, para controlar }a lnyecclón de
16
combuetlble. Cuando se requleren arqpllaclonee o
construcclonee de eleteuas de vapor, combuetlblee, etc.,
norrnelmente se recurre a ffrmas lnternaclonalee, que
obedecleudo contratos llave en DaDo proveeD todae lae
válvulas eolenoldee neceearlae para la eJecuclón deL
trabal o.
Aef puea, el. coasumo de vA}vulae eolenoldee no eB uDa
nueetra del ue¡o que estae ten6an, ya que ae l¡etalan eD
proceetos que vaD desde eI rlego hasta el control de
conbuetlble o vapor. Loe proveedorea admltetr que eolo eon
requerldos por empreaae pequeñaa, nontaJee reallzadoe Por
lagenlerla colomblana o en caaoa de erergenclae Por
averiae. La gran varledad de especiflcacÍonee de lae
vAlvu1ae eolenoldee hace bastante dlfictl proveerlae' Por
eJempto ree¡recto al nürero de eutradae y ealldae' erleteu
mucboe tipoe como tambléa reepecto al fluido que coatrolen.
En cuaato al eoleuolde ae reflere ea eollcLtado
frecuenterente precleareute por ser lae válvulae eolenoidee
tan ueadae en la lnduetrla, encontrándoee de nuevo con el
lnconvenlente de no proveeree de ¡lanera eflclente y
continua, Io que obllga a loe coneunLdoree a recurrlr a
otrog slstenns.
2.2,2. SuetituclOn por otroe eietemae. La eacaBe6 de
L7
Bolenoldea en nueatro redlo lleva a loe lnduetrlalee y en
BeDeral a qulenes utlllzan velvulaB Boleuoldea ea aua
proceaoa a renplazarloE por slatenaa recAnlcoe, Para Lo
cual lncluelve, vfenen dotadas las válvulae en algunas
ocasloueg.
Se encuentran pués,
eolenoide ha eldo
paeadores, etc.
vA1vulas eol.enoldea eu lae cualee el
euetltuf do por mrlopoeae' eJee'
Eeto dificulta aün nAe eI mercado de vAlvuLas eolenoldee y
retarda proce6o6 que paaan de 1o autonAtlco a 1o nanual.
2,2,3. It[arcas y referencf as. Las referenclae nag
sollcitadae y usadae son ASCO, IUGGET' DAtrFOSS' SCHRADER
BELLOVS, e ITT algunae de ellae ya euetltuldaa por lae
dos prlmeras, slendo ASCO Ia uta6 dlfundlda Por Ber
econ6uÍca, conflable y eatar meJor rePreaentada; de ahi
que ae lncluyan mae datos de éeta roarca. La Llaea TUGGET
2OO de ilORGREEf, €6 eollcitada tambléD por Io que 6e
lncluye en éete eetudlo. La SCHRADER BELLOVE' 8e encuentra
repreaentada eD la lnduetrla en eu modelo SK-ZOO de cuatro
vlas, por lo que no ae conefdera necegarlo hacer 6u
estudlo. Otrae Darcae cono DATFOSS e ITT, enplezan a aer
lntrod.ucidas.
18
TABLA 6. Asco.
REFERETCIA
VIAS E]ÍCER VATTIOS A.CD. C VATTIOS VA CO]g VA DES
8030/3L/40/4L
82LO/LT
82L5,
8220/22
4225'826r/62/63
8300/02/15
83148316
2A2A2A2B2F2F2A2A2A2B2F2F2F2H2H2A2A2A2A2B2F2F2H2H2H2H2H2H2H2A2A2A2B2F2F2F2F2F3F3H3H3A3A3A3F
9,7LT,2
Lt.216. I
tL.2
30. 6
TL,2
L4,9
7,O9.7
LT,26.4
L9,7
33. 0
Lt.29.7
16. I
6LO.2511. I6.5
L6.720. o6.0
10.515.46.5
L6.720, o
28. O
11. I15. 424,26.0
6.09.66.0
10.5t6,715. 428 ,27,L
LL.? .
6.26.0
10.56.59.0
20. ot6.76.0
11. o20. o28,215.411. O
6.0
t6,7
15.62t. o2t,79,2
33. 043. 015.623, O
23, 69,2
35. O
43. O
5?,O23, O
24. O
51. O
15. 6
15. 0L7 .415.620. o33. 023.655.015. 025. 68.6
15. 623. O
9,222 ,54L,235. O
15.623, O
41. 559. O
27, O
2t. o15. 6
35. O
35. 640.052,2L7.367. O
240. O
34. 055. 070, ot? .3
78. O
240. O
250. O
55. O
?o. o384. O
34. O
39. O
46.236.044. O
98. 070. o
220. O
42, O
?4. O
13.827 ,545. O
15. O
30. o80. o5ó. O
27,545. 0
195.0329. O
45. O
42, O
24.6
56. O
19
83L7 3a3t8/L9 38320 3
333
8321- 38324 3
333
a325 38340 4
48342 4
48344 4
444
8345 48346 48347 48349 48400 4aoLs/z5/ 2,3, 437/44/478308/Og/LO/TT8408/09/LO/TLvAclo 2
222
oPERADOR 2,32r32r3
8280 2,38377 3
3333333333
AAAAFFAAFBFAAFAFAAAFAFAAFFH
ABAFAABAAAAABFFFFHH
LL,29.79,7
LL,2
9.79.?9.0
9,27.O
L9.7
9.716. ILL.2
Lt,2
LL,29.7
33. O
9,7Lt.26.4?.o
11.0 2L.O6.0 15.66.0 15.6
10.5 23. O
9.0 22.5t6.? 35. O
6.O 15.66.0 15.6
22 ,5 36. 56. 5 9.29. 0 19.56.2 8.6
10.5 23.5L6.? 35.615.4 26.620.0 50. o6.0 15.6
10.5 2L. O
L6,7 35.011.0 2r.OL6.? 49.111.0 2L.O6. 0 15.69.0 22.5
20,o 45.0
6. O 15.611. O 23.015. 4 26, O
t6,7 33. O
6.0 15.011.0 2L.O6.5 9.26.2 8.66.0 15.6
11.8 23, O
15.4 20. O
28.2 51.06. 5 9.29.0 22,5
L6.? 35.020.0 43.015.4 26.O59.5 t22. O
66. O 128.0
42. O
25.525.545. O
36.556. O
24. O
24.683. 6L7,340.013. 565. O
86. 080. o
135.024.6
40.056. O
42. O
40. o42. O
25.536.596.0
24.655.0
130. O
o7, o27 ,742, O
15. 013.634. 055.0
130.0384.0
L7. O
30. o78, O
240, O
130. O
600. o936. 0
20
TABLA 7. [orgreen.
Operaclón del eolenoide estAudar.VoltaJe de la bobLna L2OV/6OIlz-ttOV/5OHz,Consumo de potencia a L2OV/6OHzI 7Íl AC/DC,
O.092 Anp a laconextón.
0. 067 Amp er¡conexfó4.
Rango de voltaJe: 85 a 1O5% del voltaJe nomlnal.Tlpo de boblna: üoLdeada cumpllendo con lae
normaa.
2L
3. AtrALISIS SISTEI'IATIZADO DE DISEfrO
Para Juetlflcar el dleeno de un contactor y de una valvula
eolenolde ea necesarlo deecrlblr un propóelto' anallzar el
dlrenslonauieato del nüc1eo, Ioe efectoe eléctrlcoe no
deseados, y la allmentaclón eléctrlca.
3.1. PROPOSTTO
El proposlto prlnc1pal de éete anállale ea ProPorclouar
de nanera profunda loe conocfmleutoe, datoe y reeultados
euflclentee para elaborar un prograna de computador que
permlta en dlversas condiclonee, eetablecer uDa eerle de
¡raráretroe neceBarlos para fabrfcar o reconstrulr la parte
electrouagaétlca de un contactor o de una vilvula eolenold.e
en uD llmtte de tlenpo reducldo y coD una calldad
garantlzada.
Ea éste prop6alto, ee coneldera fuudareutal la deecrlpclón
de un contactor y el eetudlo de La parte rmcAaloa lortrLz
que bace referencla a las fuerzaa Datnétlcae.
3.1.1. El contactor. El. contactor ea urr aparato recAnlco
22
de conexlón acclonad.o por un electrolrn¡D que funclona eD
t'todo o nadat'.
Cuando la boblna de eate electrolmAn ea euerglzada, €¡e
cLerran los contactos del contactor, establecleudo a través
de estos el clrculto entre la red de allrnentaclón y eI
receptor.
La parte ¡¡ov1l del electrolnAn que mueve Loe contactos
mbvllee de loe poLoe y de loe contactoe auxllfaree o err
determinadoe caaoa eI diepoeltivo de mando de eetoe
ü1t1no6, ee deeplaza: Por rotaclón pfvotando eobre un eJe'
por traelaclón deellzandoee paralela¡¡ente a lae partee
fiJae y por movlmlento comblnado de loe anterlores.
Cuando la boblna ets energlzada, eI contactor abre su6
contactoe acclonado por: Los reeortee de preet6n de loe
poloe, el reeorte de retorno de la arn¡rdura u0vll y Para
determlnados aparatos, de la gravedad.
Algunae de lae veutaJae de un contactor aoD por eJenplo la
lnterru¡rc1On de corrientee pollfáslcas o monofáelcas de
rn¡rgnltud aprectable redlante un aux1llar de nando,
recorrldo por una corriente pequeña; otra ventaJa eB la de
aeegurar tanto el funclonamlento lntermitente couo
contÍnuo, ael cono poder efectuar un n¡nd.o nanual o
aeccloD, ael puea una reducclan lmportante en Ia longltud
de loe cables de potencla; ademas permlte la mr¡1tlp11cac16n
de los puestos de rnando 1/ locallzarlos cerca del o¡rerador;
garantlza la se6urldad del ¡rereoaal, aute arranquea
lntempestlvoe durante una lnterrupclón no¡nentánea de
corrlente o medlante puestae de parada de energencta y
autouatlco a
enclavamLentos
precauclorree.
23
dletancla con la ayuda de h1loe de rnnor
cuando Do aoD tonadas todae las
Otra ventaJa lmportante ee que el contactor
La
1a
ee preeta a la concepctón de equlpoe de autonatlanoe
slmples o coupleJoe.
3.1.1.1. El electrolmAn. Conpueeto por un clrculto
magnetlco y uDa boblna, ea el elerento notor del contactor.
forma del electroinin depende de1 tlpo de contactor y de
naturaleza de }a corrlente de al1mentacl6n.
Para evitar el rlesgo de remanencla ee prevee un pequeño
entrehlerro '*¿tante Ia lneerelón d.e un 'ñFterlal añqgnétlco
o slnplemente alre en eI clrculto n¡6néticor en la poe1c16n
de cÍerre del contactor. En un clrculto magnétlco, la
"Cota de llamada", eel Ia dietancla que E¡epara la parte flJa
de Ia parte nóv1l cuando el coatactor eeta ea repoao
mlentrae que la "Cota de preelón" eel la dlatancla que
separa las doe partes cuando los polos entran en contacto.
24
Loe reeortee que aseguran
conprlmen hasta eI final de
prealon eobre loe poloe
cota de preelón.
1a
la
3. 1. 1.2. Clrculto nagnétlco de corrl.ente alterna. Eeti
normalrente conetltuldo por chapae de acero al elllclo
ensaubladae con remaches, con el fln de reduclr lae
corrlentee de foucault que reducen el fluJo ütll para una
comlente uagnetlzante dadar produclendo calenta¡nlento eu
el clrculto nagnétlco. Eetae corrientee de Foucault Dacen
en la uasa ¡¡etállca sometlda al fluJo alterno.
Para evltar lae vlbraclonee ruldoeaer B€ luetalau una o doe
eeplrae de deefaeaJe o eeplrae de FraEer que crean en una
parte de1 circulto un fluJo retrazado con ree¡recto al fluJo
princlpal.
Un clrculto magnétlco for-t¿o Por chapaa puede eer
utlltzado eln luconvenlentee en corrlente coatlnua con las
debidae dlferenclas en Ia bobLna que dlf lere d.e Ia
utl11zada para una tenel6n alterua del ¡¡lemo valor, y la
laeerelón de una reeletencla para reduclr eI coDauül en el
clrculto de mando de la boblna deepuée del clerre d.el
contactor.
3.1.1.3. Clrculto nagnétlco tlpo corrleute contlnua. La
gran ventaJa ea que no hay formaclón de corlentee de
25
Foucault.
E1 circulto magnétlco eel de acero mcLzo,
fornaclón robueta.
por tanto de
3. 1. 1.4. La bobfna. La funclón de la bobina ea produclr
el fluJo nagnétlco neceearlo para Ia atraccl6n de Ia
armadura m6v11 del electroftt¡o. Se coLoca sobre una o doa
partee deL clrculto nagnético y se dleeñan Para eoportar el
lrnpacto provocado por el clerre y la a¡rertura de los
contactoe, asl corn a loe choquee electromagnétlcoe debldoe
al paeo de la corrlente por aua eeplras por Io que ae
conetruyen en htlo de cobre con ee¡¡alte reforzado,
reeietLendo aderr*6 a
atmbeferaa agreslvae.
las sobreteneÍonee, choquee y
3.1.1.5. Loe polos o contactoe princlpalee. Su funclón
ea la de eetablecer o lnterrunplr eI fluJo de comlente en
eL clrculto de potencla, por 1o tanto eetAn dlnenelonadoe
para permltlr el paeo de la corrlente nomlnal de1 contactor
eD eervlclo contlnuo sln calentauieato nornal. Se
componeDe d.e una parte f lJa y una r¡Ovl1. La parte nóvll
eetA provieta de uDos reeortee que tranemlten una buena
preslón a Loe coutactos que a au vez eetán conformados por
plata-oxldo de cadr¡lo, materlal lnoxldable de una Eran
reeletencla tanto mecAnica como aI arco eLéctrlco.
26
3.1.1.O. Loe contactos auxlllaree. Su funclOn e6 la de
aeieturar lae autoallrncntaclonee, 'nnndoe y enclavaulentoe de
loe contactores, al lgua1 que la eefla11zac16n eD los
equipoe de automatlsmo.
Laa diferentee vereloneB Bon:
Contacto lnetantAneo de clerre (f,A); ablerto cuando el
contactor eetA eD repoao y cerrado cuaado la boblna eetA
energlzada.
Coatacto lnetantaueo de a¡rertura (lC); cerrado cuando eI
contactor eetá en repoeo y ablerto cuando la boblaa eetá
energlzada.
Contactos fnetantAneos (UA-üC); Cuando eI contactor eetA
ea repoao u¡o de loe contactoe estA cerrado, mlentrae que
el otro permanece ablerto. Cuando clerra eI clrculto
magnétlco, loe contactoe ee lnvlerten. EI puente Év1l ee
comün a loe dos contactoe.
3,L,2. La valvul-a solenolde. Las vA1vulae eolenoldeg Borr
una comblnaclón de dos unld.ades báelcas de funcfonamlento.
Un solenolde (electron48nétlco) corl €iu nücleo y un¿ vAlvula
cuyo tronco contlene uno o varloe orlflcloe.
27
El fluJo contlnuo por el orlftclo ee ln¡redldo o ¡rernltldopor la accian deI nucleo cuando eete eel llanado,
proporclonando un clerre compacto en e1 eneambl.aJe.
3. L,2, L, Válvula de accibn dlrecta. (Flgurae 3 y 4). En
lae vAlvulas de acclón dlrecta, eI nüc1eo del eo}enolde
abre o cLerra dlrectarente eL oriflclo, dependlendo de el
eI eolenoide e6 ener6Lzado o deeenergLzado, La vAlvula
puede operar desde cero PSI baeta eI raugo de preBlAD
rrrAXlmO.
La fuerza DeceBarla para abrlr la vAlvula, es proporclonal
aL tamatlo de 1o orlflcloe y a la preel6n. Sl eI tamaüo de
loe orlficloe ee lncrementa, Ia fuerza tamblén lo bace.
3, L,2,2, Vál.vula con o¡rerador pl Ioto ' lnterno. Para
válvulae eolenoides d.e pequeflo tanaño y orlflcloe largoe y
ablertosr Bé uaa conn operador un plloto Lnterno con un
orlflclo de escape, utulllzando Ia llnea de preelón para au
operacl6n. Cuando eI eolenolde ea energlzado, el nücleo
abre eI orfffclo del plloto y rebaJa Ia preslOa deede Ia
clm¡ del pinet6n o dlafragna de Ia vAIvuIa a Ia boca de
sal1da. El resultado ee un desequlllbrlo de preelóa eI
cual conduce la llnea de preelón a levantar el pfnet6n o
dLafrag'na, fuera de1 orlflclo prlnclpal, con 1o cual Ia
vAlvula queda ablerta.
28
X\
Flujo-€
FIGURA 3. Vólvulo dc occidn dirccto dcrcnergizodo.
29
\tVA/\/\
Flujo --+
FIGURA 4. Vdtvuto dc occión dirccto cnergizodo.
t+
l
30
Cuand.o eI eolenold.e ee deeenerglzado, €l orlflclo plloto ee
cerrado y toda Ia llnea de prealOn ee aplfcada a Ia cln
del pletóa o dlafragna contlnr¡areute sobre Ia boca de
eall¿rar proporclonaado la fuerza neceaarla ¡rara oorrar la
vAlvula.
Doe tlpoe de conetrucclón eetAa dleponlblcer
3.1.2.2.1, Dtafragna o p1et6n
urra presl6n n1nlm a travée de
orlflclo en ¡roeictón ablerto.
flotante, Gl cr¡al raqul.are
la vAlvula con el
3,L.2,2.2. Dlafratn o pletOn tipo EuuB, el cual abre
rccAnlcaunte el nüecleo del eolenolde y ael el orlflclo.
Eeto ¡rcrulte que el dlafragua o plet6n abra y Pcrnatrezca
ablerto con preel6n cero a travee de la vilvula (véase
F16ura 5).
3.1.2.3. Velvulaa con retorno Enual (Flgurae 6 y ?>. La
vAIvuIa coD retoruo naual puede aer poeiclonada
uuualrente. Beta puede rctornar a au poelclOn orlginal
cuando eI eolenold.e ea energizado o deeeaergtzado
depeudlendo de eu conetrucclón.
3,I.2,4, Tlpoe de valvulae eolenoLdce ..gtD eue viae.
31
Flujo -+
Fluio +
FIGURA 5. Diofrogmo o pictón lipo hung.
32
FIGURA 6. Vdlvulo con reiorno monuol dcrencrgizodo.
33
FIGURA 7. Vrilvulo con relorno monuol energizcdo.
3,L,2,4,L. V&IvuIa de dos viae (Véaee Flgurae 8 y 9).
34
Las
vAlvulas de dos vlae tlenen un orificlo de entrada y otro
orlf1clo de eallda, para el tubo de conexlOn. Lae vAlvulae
vlenen dlspontbles para cualqufera de Ioe dos.
3.L.2.4.1.1. Conetruccl6n nornal cerrada. La váIvu1a eetA
cerrada al morento de Ia deeenerglzacfón y ablerta cuando
eetA energizada.
3.L,2.4,L,2, Conetrucclóu normal ablerta. La vAlvula eetA
cerrada al moreuto de la euerglzaclOa y ablerta cuaudo eetA
desenergLzada,
3. r.2,4.2. Valvula de tree viae (Véanee Flgurae 10 y 11).
Lae vAlvulas de tree viae tlenen tree tuboe de conexlon y
doe orlflcloe (uu orlflclo sleupre ablerto y un orificlo
slempre cerrado. Estas váIvulae eon comrnmente ueadas
alternadamente apllcando preelon y extrayendo preelOn deede
eI dlafragma de Ia valvula o eolo actlvando eI clllndro.
Tree r¡od.oe de operaclón elon disponlblee.
3 . L. 2. 4 , 2. t , Construccl6n norr¡al cerrada. Con Ia vAlvula
deeenergLzad'a la puerta de preelOu eB cerrada y la puerta
de extracclbn ea coDectada a Ia puerta del ctlladro. Con la
vAlvula energlzada, la puerta de prealon e€¡ conectada a Ia
puerta del clllndro y Ia puerta de extracclon ea cemada.
3,L,2,4,2,2, Conetruccl6n normal ablerta. Con La váLvula
Bobino colenoide
N¡icleo esfocionorio
Núcleo móvil
Entrodo
FIGURA E. Vólvulo de doc víos deccncrgizodo.
36
Entrodo
FIGURA 9. Vólvulo de do¡ vfos rncrgizodo.
37
Ffujo I
FIGURA lO. Vdlvulo de lres vfos dcrcncrgizodo.
38
Ffujo 1
FIGURA ll. Vrílvulo de trcc víos rnorgizodo.
39
desenergLzada Ia puerta de preelon e6 conectada a Ia puerta
del clllndro y Ia puerta de extracclon ea cerradar con la
vAlvula energlzada la puerta de preslón ee cemada y Ia
puerta del cillndro e€¡ conectada a Ia puerta de extraccl6n.
3.t,2.4,2.3, Conetrucclón unlvereal. Permlte que Ia
válvula elea conectada en cuaLquiera de loe doe mdoe
norrnnlrente cerrado o normalrente ablerto. Adlclonalrente
la vAlvula puede couectaree para eel-ecclonar uao o doe
fluldoe (eeleccl6a) o deeviar el fluJo deede una u otra
puerta (deevlacfón).
3.L,2.4.3. VAlvula de cuatro vtae. (Flgurae L2 y 13). Lae
vAlvulae solenoldee de cuatro vlae aon Beneral.mnte usadas
para o¡reraclonee de doble efecto en el clLlndro.
Estae válvulae tlenen cuatro o cLnco tuboe de conex16n, uno
de pree16n, dos clllndros y una o doe extracclonéa. En uua
posiclbn de la válvula Ia preelon ets conectada a una puerta
del clllndro, €1 otro esl coDectado al eecape. En otra
poelclón de Ia vA1vula, Ia preelOn y el eecape eon lnvereos
a Ia conexlón del ctllnd.ro.
3. 1.2.5. Encerramlentoe de Loe eolenoldee. Loe
encerraulentoe de loe eolenoldee actualrente eou ca¡ntno deI
circulto m¡gaétlco por 1o tanto no deben reürveree por que
unn"oi¿oul@t
-__ocom.
Eibrr6+6¡o
40
FIGURA 12. Vdlvulo de cuolro vfos dcsrnrgizodo.
FIGURA 13. Vólvulo dc cuotro vfoc encrgizodo.
42
afectan Ia operaclOn de Ia vAlvula.
La claelficacfOn de loa encerramlentoe; ae hace de acuerdo a
lae Dormas ilatlonal ElectrlcaMauufacturer Aeoclatlon
(tEüA) ?C, ?D, 8C, 8D, 98, 9F Y 9G, coü, a loe
requerlnlentoe Para efttoe petlgroeoa deflnldoe Por el
natlonal Electrlc Code (fEC) o Aqrerlcan Xatlonal StandardE
Induetriee (AISI) C1-19?5: Claae I' SruPoa C'y D; y claae
II, trupoa E, F y G cono ele verA uae adelante.
3. 1.2.5. 1. Ttpo I. tultlueo. Ee Puedeu ut1llasr ParB
ÉqulpCIE localtzadoe en eltloe dond.e no exleten cond'1clonee
de eervÍclo. Loe encerranlentoe eetan eLaboradoa eD ELr.c
con una chaqueta de acero y en ePoxicoa de color.
9.1,3,5.8. Ttpoe IV y VII. Coubiueetan de Pr'oteetltstr etrütr'¡
agua y exploelón. Loa encerramlentoe eetAn elaboradoa coD
epóxlcoe en chaqueta de acero o alumlnlo fundldo.
3.L.2.5.2.1. Tipo III. Hermétlco al
nleve.
polvo, lLuvla y
3.t.2.5,2.2. Tlpo Iv.
atua por ealplcadurae o
HerÉtlco al atua y aI polvo'
por chorro dlrecto.
al
3,L.2.5.2.3. Ttpo VII. ProteSlda contra exploelon eD claee
43
uno' d1vrs1ón uno y s1t10s pelrSroeos. se5ün eI c6d,1gonacl0nal amerlcano (FEc) se encuentran el grupo c(atmósf eras con vaporea d.e et i l , éter, et I leno ociclopropano) y er Erupo D (atmóeferae que contlenen8aeollna, hexaao, beuceno, butano, propano, alcobol,acetona, ben601, lacae, vaporee¡ de golventee o ga6natural ) .
(atnóeferaa que contfenen retal en polvo fncluld.o aluninlo,magneelo y 6ua aleaclonee, y otros retales decaracterlstlcas slmilares) r grupo F (atnóeferag quecontlenen carbon de madera o nlneral y coque en polvo) y el6rupo G (atúsferaa que contlenen fluor, alnldón o ¡requeñoegranoe), eegün 1o eetablecldo por el ÍEC.
Ael puea 10e ep.xlcoe uead.oe Bou nyl0n ep.xlco opollsulfona para ra clase A (1os oc), epóxlco o polleulfonaPara las craeee B (1go oc) y F (1ss oc) y eurfuropollpenlIeao para ra claee H (1go oc) ro que garantlza unaproteccfóa al moho, a la hu'*¿¿¿, y en el caso d.e Ia craseH 1o hace reefstente a la rad,lacl6n.
3,L,2,5,2.4, Tlpo IX. protecclOn hermétlca alPara eltloe coD eepeclflcación claee II,
2.6, Consurrrr de poteacla. Las válvulaetlene una potencfa en voltian¡rerioe a la
conexfbn. Los voltiam¡r,erios (VA) a Ia
eacendldo.
grupoe E
conectadag en
conexlO y en
conexlónr sé
3.1.
ACt
1a
44
refieren a la
morento en que el
onda de corrlente
eolenolde de AC
alta que ocurre en
e6 enertlzado.
eI
Loe voltlarrperLoe
Ixrrnanente que elgue
(VA) de conexlóu ea
al rcrento de conexl6n
la corrlentelnlcial.
Lae corrlentes
determfnaree asl:
Lae váIvu1ae
conexlon y au
VA a la conexlonI a la conexÍoa =
VoltaJe
VA de conexlOnI de conexlOn = ------
Voltal e
Ia conexl6n y de conexl6n pueden
con eervLcto DC no tlenen corrlente
corrfente de conexf6n ee deternlaa aet:
VattLoe DCI - ----
Voltal e
1aa
Loe datoe de voltaJe, E¡e etrcu€ntran en Ia secclón 5. L2, t.
3. 1.3. FUerzas rnagnétlcae.
3. 1.3. 1. l[agnetizaclOn (lf). Loe mvimlentoe atOnlcoe
conetltuyeu corrleatee ¡¡lcroecoplcae, que contribuyen
tanblén al campo naguétlco er hecho de que roe materlaleem¡gnetfzables puedan actuar cono uDa fuente de canpoe
45
nagnétlcoe, ae derlva del hecho de que loe atorce de uDa
suetacla poeeen mouentoe ¡sagnctlcoa. Estoe rcrentoe
ua6nétlcos, se deben a trayectorias de corrlente aeociadae
al rcvlmlento de electrones deutro de los atorce, y al
hecho de que el glro o spln de loe electronee cargadoe
negativarente dA a cada electr6n un norento lntrfneeco de
epÍn.
Ee lnportante eaber que el morento Dagnétlco neto, aeoclado
a cualquler naterlal, ee eI reeultado de una lucha entre
dos efectoe com¡retltivos; Ia tendencia de Loe caupoe¡
apllcadoe exterlorrente o loe canpoe mleculares que ele
orlginan dentro de1 proplo mterlal, a hacer que loe
morentos magnéttcoe at6micos Be allnlen en Ia nlama
dlrecclon y Ia tendencia de la agltaclOn térnlca aI ¿za,r a
deaarregl.ar loe morentoe allneadoe y a producir uDa
dletrlbucl6n conpletarpnte aleatorla d.e uagnetf zac16n
atónlca correapondlente al moneato uagnético total cero.
Ya que todoe loe campoa ma6nétlcoe ee deben a corrlentee,
ea razoDable tratar de relaclonar eI campo mrgnétlco debldo
a loe rcmentoe magnétlcoe atónlcoe de lae euetanclas
rn¡gnetlzadae con lae corrientes electrónlcae que ctrculan
dentro de loe átdmoe de una suetancla. Eu Ia Flgura L4
cada cuadro repreaeDta eI vo1uren que ocupa un solo Atono;
6e supone que todoe loe átor¡os estAn alfneadoe
46
Ff GURA | 4. Corr¡cntc dc mognrtizoción.
mñgnetlcarente, de
47
nanera que elua rcrentoe dlpolaree
magnetlcoe eeten orientadoe vertlcalnente hacia arrlba
aallendo de Ia pág1na. Lae flechae alrededor de la
periferia de cada cuadro seña1an La clrcuLaclOn de Ia
corrlente electrbnlca dentro de cada celda atónica. Las
corulentee a 1o largo de cada froutera lnterna, var¡ eD
sentldo contrarlo por 1o que ae cancelaa nutuarente
apllcacloDeg a uua dletrlbuclOn de corlente total. pero
las corrlente atbr¡lcae en la superflcte der materlal, Do e¡e
cancelan de eeta uEnera y coutrlbuyeu a uDa corrlente de
nqgnetlzaclón euperflclal neta (In), que fluye por Ia
euperflcle externa de la euetaacia eu eI eentldo rcetrado.
Se puede coneiderar eeta corrfente eu¡rcrflclal de
nagaetlzaclOa como La fueute del caupo magaétlco de Ia
nueetra, y a eete coDcr uD canpo dlpolar n¡guétlco orlglaado
de un morento dlpolar Pn dado por:
Pm= ImA (1)
donde A es eI Area tranevereal del 'nñterla1.
Puede expreaaree e1 canpo ugaétlco de una euetancla
na8netlzada en térmlnoe d,e un vector d.e magnetfzación I{,
relaclonado cotr el rc¡¡ento dlpolar uagnético 6pn
correapondlente al voruren 6v del ¡¡aterlal redtante
6Pmf=-
6V<2>
48
Entoncee ele dlce que l,f ee Ia 'nñBnetlzacl6n aeoclada aI
elerento de volumen 6V. Sl el mmento dlpolar 6Pr¡ ee eI
miemo para todoe los elerentoe del voluren de rnagaltud 6V
en la mueetra, Ia uagnettzacl6n ee conetante en todas las
¡rartee dentro deL material. Sl dletlntos elerentoe de
volureu, dan lugar a dietlntoe moreutos dlpolaree coro
reeultado de ua allneamiento EAs coupleto d.e loe dlpoloe
at6mlcoe en una reglOn que en otra, entoncee ee puede hacer
que el elerento de voLuren 6V que rodea a cualquler punto
P, ae haga lndef lnldarente pequeño y eI vector
magnettzaclba. en eae punto ae exPreea comc i
Lln 6Pm dPmü- =
6V0 6V dV(3)
En eI eepaclo llbre la nagnetlzaclOn lf ee lgual a cero.
3. 1.3.2. Campo magnético (H). Deno¡nluado tamblén
lnteneldad de caupo magnetlzanter o gradlente de potenclal
nagnétlco, ea la variacl6n de potenclal nagnétlco Por
unldad de dletancla. Eu un eepaclo de perreabllldad lgual
a Ia unldad, la lnteneldad de campo nagnetlzante,
ea DuÉrlcarente lgual a La 1nducc16n ugnétlca (B). Para
eI campo magaétlco, ae coDocen uuldades en eL eietena CGS
coEE el Oereted o Gf lbert por centlretro. uDa unldad
práctlca muy conveniente ee el aupere-vuelta que equlvale a
49
L.257 Gllberte.
En eeencla, Ia lnteneldad nagnctlca (H), estA relacloaada
por la ley de Am¡rere eolo con Ia corriente verdadera. Por
tanto puedp declree que la lntensldad -agnétlca (H) eE¡ urr
caqpo que 6e debe a una dletrlbuclOn de corrlente que
conelete unlcanente en corrlentee verdaderas en mdlos
conductoree.
Se coneldera abora el conportanlento de una boblua toroldaldelgada, que ete forna amollando f vueltae totalee de
alambre sobre Ia eu¡rerflcle de una pleza toroldal unlforne
de n¡terlal nagnetlzable. Se eupondrA que eu Ia boblna
fluye una corrlente conetante I y ee apllcarA Ia ley de
Aupere alrededor de una trayectorla clrcular C cuyo radlo reB eI radlo redlo deL torolde. La corrlente total que
atravleza eI contorno C, conelete en Ia corrlente trI que
fluye err el devanado y tanbléa en la corrlente de
ragnetlzacfbn atOnica Im que taublén ee fuente de caqpo
magnétlco que circula alrededor de Ia eecctOn tranevereal
del torolder cour ee uueetra en Ia Flgura 15.
Utlllzando La Figura 15, tanblén ee puede relaclonar la
magnetizaclón I{ con el momento dlpolar dPn de Ia eeccfOn
delgada del nucLeo toroldal que Ée nueetra t f con la parte
de la corrlente euperficlal de nñgnetlzación que fluye
s0
FIOURA I5. Corriontc, inducción
dr un foroid¡.mognótico y mognetizocíón
51
alrededor de éBta BecclOn
canPo maSaétlco. se puede
nagnetlzaclón Il corc:
dPm AdIm dluf=-=-=-
dV A(rdO) rd0
lf,= IúO/Znrd:E = Im./?¡r
ea decir!
y repreaeata la fuente
eecrl.blr la nagnttud del
<4>
(6)
de
vector
dln ea Ia porclón de Ia corrlente eu¡rerflclal total de
naguetlzaclOn que fluye alrededor de la eeccl6n delgada del
rnaterial que eubtlende un AnguLo central de cono ee ¡¡uestra
GrD Ia Flgura 15. Bn coaeecuencla, eeta porclOn de Im ee
lguat a la corrtente total In ¡¡ulttpllcad.a por Ia re1ac16n
d0/2r que repreeenta Ia parte fracclonarla del torolde
eubteadida por el ángulo ceatral d0. Eeto qulere decfr:
dI¡ = lñQ/Ztr (5)
Suetttuyendo en Ia ecuaclOn (4), B€! obtlene que:
In = ?rcfr. <7)
De la ecuacl6n 3, reeulta evldente que el vector I{, ttene
Ia ¡¡lern- dlrecclóu que eJ. vector dPn y de Ia Flgura 15 eB
lgualrente evldente que la direcclón de e€¡e vector eGi
tangenclal al contorno clrcular C en todae ¡rartee. En
conaecuencla, los vectorea ü I B, elenpre eon ¡nraleloe;
52
adeñre, af Be calcula la lntegral de ll-dl alrededor del
contorno C, Be encuentra¡
€c ü- dl = Sc l{dl = }t S dl = 2rrl{ (8)
Pero ueando 7, puede relacloaarae abora a t y a In,
¡¡ediante ¡
Im = Sc ll'dl (9)
De rnodo que eB poelble apllcar Ia ley de Anpere aI contorno
C expreeando la corriente total It, encerrada por C como Ia
euna de Ia corrlente fI que fluye en el devanado y lacorlente de rmgnetlzacl6n In. En éeta forna, la ley de
Anpere lndlca que:
6c B-dl = ¡¡ It = ¡.to (XI + In) (10)
Utlllzando la ecuaclOn g, éeta expreelOn queda aef:
Sc B-dI = ¡¡fI + ¡r"€c t{-dl (11)
Ee declr:
Bsc (__If)-dl = x. I
/¡o<L2>
De aqui es evldente que la corrlente verdad.era XI que fluye
ea el devanado está relaclonada con Ia lnducclón uagnéttca
por mdlo de Ia lntegral de la cantidad tB/lt, )-ill -d1, en
vez de elmplerente por La lutegraL B- dI./¡ro ¡ coür eerla eI
caeo sl no exletlera una euetancla magnética.
A Ia cantldad | (B/¡to )-il] , ae le l.Laua lntenetd¿¿ n¡gnéttca
O lnteneldad de campo m¡gnétlco (H) y ae puede eecrlbtr la
ecuaclón 12 corno:
53
Sc H'dI = tr- I (13)
Doade t'I e6 Ia verdadera corrieute que ee debe al fluJo
carga€¡ r¡6v1les encerradae por el contorno C y donde
lntensldad uagnétlca H, eetA dada por:
de
Ia
BH=_-lt
|ro
(14)
3.1.3.3. Densldad de fluJo o lnduccl6n magnética (B). Ee
Ia relaclóa entre el fLuJo magnético (nagnitud que
repreeenta eL efecto nagnétlco total en un clrcultonngnét1co) r €tr cualquler eecclón transversal de un elerentode clrculto ñrgnétlco y er area de esta eecctó¿. La unldad
der slster¡¡ cGS "1""t"o-.gnétlco ee el Gauee que equlvale a
un taxwell por centlretro cuadrado.
La lnducclón magnétlca B, e€¡ urr caEpo relaclonado en fornaparecida a H, con una dletribuclOn de corrlente totaL que
conelste en corrlentes verdaderae, Eaa corrleateg de
nagnetlzacÍón at6¡¡1cae.
Habfa muchoe cagoe en que tenga que deternlnarae la
laduccl6n nqgnétlca B, adenáe de H. por eJenplo, aIutlltzar la ley de Faraday de la luducclón, ae necealtacoDocer dB/dt en vez de dH.zdt. Eu'este caao y de acuerdo
con la ecuaclón:
54
de
B = Fo (H+ld) (15)
no ae puede evltar el hecbo de que para ternlnar B,
alguna nanera, deberia encontraree la magnetlzaclón f,.
Ya que ordlnarlauente el efecto n¡gnético de una
distribucl6n de comlente verdadera, produce la
magnetlzaclOn neta del materlalr €el razonable Buponer que
exlete alguna re1aclón elmple entre Ia nagaetlzacl6n del
r¡aterlal y Ia lnteneldad nagnética H. En el caeo IEB
eenclllo poalbre, eeta relacl6a eerll.a uua proporclonal.ldad
directa de Ia forma:
It[ = XmII (16)
en que Xm ee una caatldad conetante ladependleate de H. En
realldad' ere eDcuentra que nucbae suetauclae mgnetlzablea,
ele conportan de ésta nanera, aI renoa para valoree de
lntensldad naguétlca que no aoD exceelvoe. 8e dlce que
eetae euetaaciaÉ¡ preeentan cornportamlento nagnétlco Llnealy a renudo €¡e conoceD coür ¡¡aterialee nagnétlcoe rlnealee.
La coastante xm de proporclonalldad, ueuarrente ee conoce
comcr eueceptlbllldad nognétlca del material.
Aüa eD el caeo de euetancÍae maguetlzablee que nueetran
conportamlento magnétlco llneal para valoree moderadoe de
lateneldad nagnética, la eirnple relaclOn 1ineal dada por la
ecuaclón 16 uo ee cumpJ.e cuaado la lateneidad nagaétlca ee
hace denaelado grande. AdenAe,
55
lae euetanctae
peruanenterncnte nagnetlzablee, coEo hterro, nlquel y
cobalto, rara vez exhlben un conportamlento mguétlco
Ilaeal couo ge deflne eD 16. La suscepttbllldad, de¡rende
del car¡po magnétlco en eso6 rnrterlaleer lncluso para
valoree eenelbleente pequeñoe de H y mAa aüDf puede
depender de lnfluenclae rnagnétlcae anterloree que baya
sufrldo La mueetra. Entoncee, cono Xn es una couetante
conocida del ¡¡aterlal na6nétlco en eetudlo, ueando 16 para
expreaar I{ en térmlnoe de H, puede eecrlblrse 15 couol
3 = p¿ (1 + Xm)H = ¡rII <LT>
3. 1.3.4. Perneabllldad (r¡). Ee Ia relaclOn entre
fnducclbn magnética B y Ia lnteneldad de canpo mgnétlco
Couo ee v16, Ia ecuacl6n 17r expreaa a ll en térnlnoe de
en que Ia canttdad ¡r, deflnlda por:
F = po(1 + Xm) (18)
Be conoce como perreablltdad magnétlca (abeoluta) delrneterlal. Tamblén a vecea ea üt1l hablar de la
¡rerrn¡¡abll1dad nngnétlca relatlva Kn, gue ae deflne co¡lo Ia
relaclOn de perneablltdad nagr¡étlca ¡r a la perreabllldad
Da6Détlca del vaclo ¡re. En coaeecuencla la perreabllfdad
relatlvar B€ puede expreBar com:
Km = y/¡y = 1 + Xm (19)
1a
H.
H,
s1 no bay nlngüu naterlaL magnétlco, entoncee ü = 0 y de
56
15, B = ,to H. S1 en vez de elIo, Bln p€rturbar Ia
dletrlbuclan de corrleate verdadera que forma la fuente del
campo H, ae lntroduce uD materlal coD eueceptlbllldad
nagnétlca poeltiva apreclable, el valor de H no carnbla,
mlentrae que la magnltud de B, dada por I? ee bace r¡r¡cho
mayor. Por esta razón, el- caupo de fnducclón nagnétlca B,
deutro de los rnaterialee de alta ¡rerreabllldad rrngnétlca ea
mucho nalor de 1o que eeria ei no eetuvleeen preeentee
tales euetancÍae.
Por tauto, s¡e obeerva que las llneae de canpo (B) de
lnducclOn, tlenden a "concentrarse" lntenearente en
euetancLas de alta perreabllldad. Por éata razon un canblo
dado err la corrlente verdadera, puede dar un camblo de
ftuJo mucho msfor, a travée de naterlaleemgnetlcameute
perreablee que a travée de la nlen¡ reglón en eI vaclo.
Eeta eB la raz6n eeeuclal del Bran aumento en Ia lnduccfón
gue ete obeerva cuando Ee uea un nücLeo de hierro, en vez de
alre o vacÍo. SLn embar6o, cabe recordar que aunque d.lcho
retaI eiempre mueetra valoree nuy grandee de
¡rerrrnabllldad, no obedece a la relaclOn llneal 16 entre Ia
lnteneidad magnétfca y la magnetlzaclóu.
3.1.3.5. Energla al¡¡acenada eu el caqpo rnngnét1co. La
cantldad dlferenclal del trabaJo neceearlo para
coatrareetar lae fuerzae eléctrlca y mgnétlca gobre una
carga q en un deaPlazanlento
v e6!
57
difereuclal de a una velocldad
dVq = -q(E+v*B)-de <20>
3.1.3.5.1. TrabaJo eléctrlco. Sl la carga Be uueve
unlcarente baJo La acclOn de Las fuerzae eléctrlcae y
ma6nét1caa, eln que tntervengau otras fuerzae de caracter
recAnlco, e1 desplazamlento dlferenclal eD uD ¡requeño
tlenpo dt, está relaclonado con eu velocldad:
de = vdt <2t)
Entoncee eI caupo nagnétlco, no puede contrlbulr a nln$un
trabaJo eobre Ia carga, porque la fuerza nagnétlca eB
perpendicular aI desplazamlento de la carga:
dYq = -qv-Edt
y eI trabaJo requerldo ae
eIéctrfco.
<22/'
debe unlcarente aI canPo
Dentro de uu alanbre coD car6a neutra, eI canpo eléctrlco,
no e6 atrlbulble a fuerzae coul6mb1cae, s1n6 nAe blen
surgen de la ley de farad.ay. La carga en rcvlutento,
couetftuye un eLemento dlfereaclal de corrlente.
qv = ldl*dVq = -1E- dldt <23>
De modo que el trabaJo total neceearlo para mover todae lae
cargae en el alambre cerrado, es preclearente la euna de
58
log trabaJoe reallzadoe eobre cada eleuento de corrlente.
dV = Urann
:-1dtg! E- dI
(ldr d/dt-J, B-ds
tdt da/dt
Lda (24>
gue, por la ley de Faraday¡ ea proporclonal aI canblo de
fluJo a travée de la esplra de corrlente. Eete fluJo puede
deberse a otrae corrlente€¡ e lmanes, aei com aL autofluJo
debldo a Ia corlente 1. Obeerveee que la tercera relaclóa
de 24 ee equlvalente a La deflniclOn de poteacla eIéctrlca,entregada a la eeplra:
dv./dt Lda/dt (25)
Toda eeta energia sumlulstrada para acelerar lae cargae en
eI alambre ee aLnaceua, puea no ae dtelpa energfa ea Ia
eepfra eln pérdldae y no ee reallza trabaJo recinico, el la
eeplra se nantlene estaclonarla.
3. 1. 3.5. 2. TrabaJo uecánlco. El campo mgDétlco tlo
contrlbuy6 aI trabaJo efectuado ¡rara acelerar lae cartae.
Esto no eel cierto cuando el ala¡¡bre portador de corrlente
reallza un pequeffo desplazanlento de y efectua trabaJo
rnecAnlco
dV = -(1dlxB)'de = 1(Bxdl)-de
= 18'(dlxde)
v1P
0eÉt fi!|rlroOofran*
rlI
<26>
59
donde ee puede lntercamblar el punto y Ia c.ruz, utlllzando
la ldentldad del trlple producto eecalar. Deflnlnoe S
couo eI erea orlgtnaluente ltmitada por La eepira y S com
el Area llmltada deepuée que la espira realfza el.
deepLazamlento ds, cono ee ntreetra eD La Flgura 16. BI
Area dlferenclal de r €B entoncee Ia franJa que une lae dos
poeiclonee de Ia eepira y deflnida por Ia cantldad que eetA
en eI ültl¡¡o parénteele de 26.
E1
de = dlxde
fluJo a través de cada uno d.e
rAt = | B-de€r
Donde eu dlferencla es exactarente
afuera, a travéB de dS i
dQ=6r'Az=B-det
<27)
loe contornoe ee¡:
(28)
el f1uJo que paaa hacla
<29>
E1
Ia
trabaJo mecAnlco dlferenclal de 26, neceearlo para rcver
eeplra ee ldéntlco a 24:
dV = 1B'dSJ = td0 (30)
Aqul no hubo caublo en la energla eléctrtca de entrada con
el lncrenento d.e energla alnacenada debldo lntegramnte altrabaJo recAnlco deearrollado al uoverae la eeplra de
corrlente.
60
dr3= 6¡tOt
lq,
tle
mrcónico poro
idt
FIGURA 16. Trobo jo moYar uno cspiro con corricnf¡.
de secciúr tron¡vlrsol A.
FfGURA 17. Rrlcvodor.
3. 1.3.5.3. El prlnciplo del trabaJo vlrtual. En
n'ñB BeDeral, uDa eDergia alnacenada dw y trabaJo
por la acclón de una fuerza Fx caueaudo un
corrlmlento dx:
Ldo dw + Fxdx
Sl ae conoce la
magnétlco como una
fuerza ee encuentra
energla almacenada total
funclOn del fluJo y de la
elmplerente corc:
61
el caao
necanlco
pequeüo
(31 )
€n eI campo
poelc16n, Ia
6wFx= <32>
Podemoe fAcl lnente calcular La ener6la
ordenalmacenada, adnltlendo que no lmporta qué proceao u
determlnen er aletern¡r, Bl ra poeicl6n flnar x y er fluJo o
son loe utemoe, la energla ee la nleua. Pueeto que Ia
energla al¡¡acenada eB lnde¡rendleate del orden eD que ete
apllquen entradas eléctrlcae o recAnf cae, eBcoteu¡E¡
prlrero eneanblar mecanf carente uD eletern¡ hasta E¡u
poslc16n final O, stn excltaclonee eléctrlcaa de rcd.o que
Q = O. Esto no repreeenta trabaJo, puea con cero fluJo, no
exlete fuerza de orlgen eIéctricos. Una vez que eL sletema
estA recanlcarente ensanblado, de manera que au poelclón
permaDezca conetante, apllcarnoe la excltaclón eléctrlca
para llevar al etetema a au valor flnal de fluJo. La
tA6x
62
energla eléctrlca requerlda es:
w=S LdAx (conetante)
(33)
para materiales llneaLes, €1 fluJo y La corrlente, eetAn
relaclonados llnealuente a travée de Ia Lnductancla, Ia que
puede ahora eer funclOn de x porque Ia lnductancla de¡rende
de factorea Beométricos i
a| = ----
L (x)(34)
Ueando 34 en 33, ee poslble tener la lnductancla fuera de
Ia lntegralr poreue x ae con€¡erva conetante aeÍ que la
laductancla, tamblen es constante:
a2 1w=-= L(x) 12 (35)
ZL(x) 2
eeccl6n anterlor, aunque ae lncluya trabaJo recAnlco y La
lnductancla varie con La poslcl6n.
Para encontrar la fuerza eobre el mlembro movfl, usauoe 32
coD la expreefón de Ia energl.a de 35, que eolanente de¡rende
del fluJo y de Ia posiclbn.
,(w=_ lado
L (x) Jo
63
áw i
fx=-¡3x ia
L Az dL (x)=
2 L¿ (x) dX
1 dL (x)= --- t¿ (36)
2dx
3. 1.3.5.4. Punto de vleta clrcultal. Eete reeultado
tamblén ae puede obtener ueando una deecrlpción deI
clrculto con la reLaclón llneal fIuJo corriente de 34
da
'=-H
dl dL (x)= L(x) + 1 -------
dt dt
dl dL (x) dX= L(x) + 1 ------ <37>
dt dx dt
,Á2 "l;.;;Ja2 Lt= -;-- --;;----
64
El üItlmo térnlno, proporclonal a la rapldez deL nlembronóvil, se suma al término usual del voltaJe lnductlvo. 51
Ia geometrla es flJa y no varla con el tlenpo, no hay
térnlno de acoplamfento electrorecAnlco.
La potencla entregada aI sletema ee:
dl=1----
dt
11¡
2
t] (sB)f"'*'P=V
que a€) puede desarrollar ael:
d= -F--
dtL (x)
Eeto tiene La forma¡
dw dxP=----+fxdt dt
dL (x)
dt
w = A L(x)l¿
dL (x)= )fLz
dx
(t\;- ')+
(39)
Ique establece que la potencta entregada al fnductor ea
lgual a la auma de la razón coD reepecto aI tlenpo de la
energia al¡nacenada y la potencÍa recAalca deearrollada eD
el lnductor. Eeto concuerda con el enfoque del Étodo de
la eaergla. Sl la lnductancia no cambla con eI tlempo,
65
de entrada eeporque la geomtrla ee
almacena corn energla
f1Ja, toda la potencla
potencLal l/.
Como apllcaclón aproplada, €€ encoutrará
barra m0vll en el clrculto magnétlco
correspondleate a urr relevador.
Es necesarlo encontrar Ia
funcfón de la poeicloa de
uaar 36. Debido a que
lnf lnitamente " permeables",
cero en eI entrehierro de
A-pere para obtener:
fuerza sobre
La Fl6ura
lnductancla del eletena corc una
la barra, de rcdo que podamoe
el nucleo y la barra aou
el caqpo H solo ee dlferente de
Iongltud x. Usamoe Ia ley de
(40)
1a
L7
la
de
[f=ff,/x
EI fluJo a travée del entrehlerro
e6 lgual
resultando
al
Ia
Q=ItoilIA/x
ftuJo a travée de cada vuelta
lnductancta.
fraL (x) = ----
I
Foilr¡= -------
x
(41)
de la boblna
<42>
La fuerza ea¡
1fx = --- 12
2_*i1l_
dx
66
El altDo
dlreccl6a
ee atraida
rnnoa algnlf lca
del lncremento de
hacla Ia bobina.
,rot2AI¿fx=
2x2(43)
que la fuerza ea opueeta a lax, de manera que la barra nóvll
3,2, DII'ÍEf,SIOTATIEltTO DEL trUCLEO.
3.2.1. Autoinductancla. El clrculto rn¡gnétlco eluple de
la Flgura 18 tlene una boblna de t eepirae devanadae aI
rededor del nücleo que tlene urra perneabllldad relatlva muy
alta coneLderada de valor luflnlto. Exiete un pequeño
entrehierro de ron8ltud s en el nücleo. En éete La deuetdad
de fluJ6 rnagnético B e6 proporclonal a la fnteneldad de
caqpo n¡gnétfco H, por una perreabllldad lnfinlta ¡. Bl
canpo B, debe permanecer flnlto para nantener el fluJo y eI
voltaJe de Ia boblna finltoe, de manera que el campo H del
nücleo debe aer cero
Llm B - r¡ Ht+l¡@
ll=O
flnlto<44>
d.e cero eolo en eI
forma perpendlcular
no hay comlentee
tangenclal de H eea
El caupo H entoncee puede eer dlferenteentrehierro. Eete campo, se orlglna en
deede lae caraa polarea puesto que
euperflclalee, de modo que la corrlente
6t
Conlorno d. inf.Oroción df
I
t-------J.'Flujo .nlrondo o 3.
Lo corr¡anla i po¡o Prrpo¡d¡culomfñt. o
lrovar dal conlorno f{ vacaa.
L.t da Forodoy .volu6do poro .l contorno dr guionü qua .louf o lo bob¡noda ¡ vuollo! .fl lo di.cc¡óñ do lo corrionl¡.
f-
1rt!
_L__-_+_1
- rl a!ll..4l
--+l I
L- >1.-¡ - -J
iffi"*t'7!l'lt,¡.-..,i,'*I
á: -'t - -3- *"lr--
FIGURA IE. Ley de Forodoy.
68
conttnua y por 1o tanto cero. sl deeprecianrra ros efectoede campoe dlspersos, suponiendo que el entrehierro €¡, €¡ea
mucho ¡lenor que eI ancho d o Ia profundldad D, eI caupo H
eB unlforre en todo el entrehlerro. Ueaado la ley
circultal de Ampere, con el contorno rnoetrado Ia ünlca
contribucfón no nula en el entrehlerro,
S.H dl = HB = I totalreate cerrado = fI (45 )
donde conelderamoa
perpendlcularrente eL
el entrehlerro ea por
que Ia corrlente de
contorao I veces.
tanto
boblna cruza
fluJo total eD
Ia
E1
Debido a que eI
euperflcle cerrad.a
Fof,[¡dQ = yqH'Dd - ------- t
a
fluJo totalea cero
(46)
a travée de cualquler
S"Bo' de = 0 <47>
todo el f1uJo que eale de e en Ia ftgura, eobre eI lad.o del
entrebierro entra a la euperflcie, a travee del nücleo de
hLerro, ya que deeprectarloe fugae de fluJo en eL campo de
dleperslón. En cualquíer eecclón traneversal der nücleo de
hlerro el fluJo eB por 1o tanto conetante y dado por 46.
Sl la corrlente I en Ia bobina, varia con eI tlenpo, el
69
f1uJo en 46, tamblén varla con el tlempo, de rcdo que É¡e
lnduce un voltaJe a travée de la bobina. Utlllzanoe la
forma lntegraL de La ley de Faraday para un coutoruo que
esté dentro del embobinado con una conductividad c, área de
la secclbn transversal A y la longltud total 1. Entonces,
la densldad de corrlente y eI campo eléctrlco dentro del
alambre son:
LJ=---
A
de tal euerte que la
ohmlca aai como una
de loe termlnalee:
J1B=---=
tqA
fuerza eleetrorctrLz,
contribuclOn deblda al
(48 )
tlene una parte
voltaJe a través
srE'dl = 5. ir- "'= f "'= - -i; f"'u- (4e)
v=lR+"-11-dt
Donde Ia autolnductancia se deflne cotrr:
(frA f J, B' ds ¡ro tr2 Dd
L-=---------=--------1 S,H-d} a
L
Dado en henrloe tK6 m2/ A2a27,
Para materlalea perreablee Ilnealea, la
es lndependlente de 1ae excitactonee y
Unmrslr¡¡¡d AUiúiturilJ .:j
Dcpfo. 8¡bl¡orcco
(50)
(51)
lnductancla alempre
eolo depeade de la
70
0=JB.ds3
l¡c¡o h.ticoidol
El flujo oñlotodo por un
circuilo da doa alp¡ror.! 20
El flujo onlo¡odo Dor unoDobho d. t yualtor .r
n0
ftuJoóotrova.d.¡¡no arp¡ro !¡n9la.
FIGURA | 9. Flu jo onlozodo por uno bobino.
7L
Beonétrfa. A cauea de la geonetrl-a f1Ja, Ia lnductancla ee
una conetante y aef ae tomo en 50 fuera de Ia derlvada con
ree¡recto aI tlempo. En georetrf a6 que vart an con eltleupo, Ia lnductancla tamblén será una funclón del tlempo
y debe lIerurnecer dentro de }a derlvada. La lnductancla
elempre ea proporclonal al cuadrado del nüEro de eaptrae
de Ia boblna. Eeto ae debe a que eI fluJo A en eI
entrehlerro ea proporclonal a tr y enlaza a la boblna X
vecea.
3,2,L.L, Autolnductancla eD un eolenoide. En Ia Flgura 2O
ae mueetra una boblna de tr vueltae que eetA devanada
apretada¡¡ente en un nücleo clllndrlco de radlo a, lougltudI y perueabllldad ¡r. Una corrlente I, fluye en el alambre
y ae aproxlma a uaa corrleute euperflclal
trIRA=
I
S1 Ia loagltud 1, ee utrcho Eayor que el radlo a, ee pueden
deepreclar loe efectos de caupoe diepereoa en loe extrerce
y el camPo nagnétlco lnterao ea aproxlnadareute uniforre e
lgual a la corrlente superflclal,
H,z=KA
Cuando aupoDenra que
despreclable, el nieuo
= _r_t
el catüpo ugnétlco exterlor ea
resultado Be obtlene aI uaar la ley
72
/le,oap ¡oenataoo dG,/ 9rüit¡b tu.ro d. to
/ ^ boü¡rre)
Coniorno d. lntaeroc¡ltn d. tol.y df Ampor..
\N vutltos
t'= S
I
I
I
I
>)
-----f I
l
I
I
Itt
I
I
FIGURA 20. Inductonclo tn un col¡noidr.
73
EIcircultal de
fluJo enlaza
Anpere para
a la boblna t
eI contorno
veceE¡:
de la Flgura 20,
fra [¡rHznae f,z ¡nar
3,2,2. Reluctaacla.
<52>I
Ee una nagnltud elmllar a la
T-
reeletencla en un clrculto eléctrlco, que deter¡¡lna la
fuerza magnetomotrlz neceearla para produclr un fIuJo
uagaétlco. Eu el clrculto de reluctancla unidad, uDa f. m. m
de un Gllbert produce un f IuJo de un lt[axwell.
Los circuitos magnétlcoe eon anAlogoe a loe clrcultoseléctrlcoe realetlvos, el ee deflne Ia fuerza magnetorctrlz
(F.Il. Il) en forma an&loga al voLtaJe FEt corc:
P=tr1 (53)
Entoncee, €1 f IuJ o deeenpeña el nter¡o papel que
corrlente en loe clrcultoe eIéctrlcoe, a€1 que definlnoe
aaalo$la magnética de Ia reeletencla couo Ia reLuctancla
longitudfr= (54)
g L Perreabllldad(Area deeecclon transvereal)
La ventaJa de éeta analogfa ea que lae reglaa para aunar
reluctanclas en eerle y en paralelo, obedecen las mler¡ae
reglae que loe reelstores.
Ia
Ia
u2F
3,2,2, L Reluctanclae en serle. Para eI nücleo
de permeabllldad lnfinlta de Ia Flgura 2t
entrehlerroa permeablee lnfinitoe, Ia reluctancla
entrehierro determlnada a partlr de 51 y 54 ee:
de
coII
de
?4
blemo
doe
cada
srRr=
F^ a¡D
ael que el fluJo ea:
a¿S.=t p."aD
(55)
Fflga12O--------= L'----= (56)
lRt+{R¿ zR. +tz 1 Rr+Ra
eI nüc1eo de hlerro de perreabll1dad lnf 1nlta, tlene
reluctancia cero. Si loe entrebierroe perreabLee fueran
tamblén hlerro con perrnablltdad lnf1n1ta, Iae reluctancl-as
de 55 tamblén eerla cero, de mdo que el fluJo en 56
llegarla a Ber 1aflulto. Eeto ee anAlogo a la apllcaclónde un potenclal a travée de ua cortoclrculto que dA por
reeultado una corrlente lnf1nlta. Entoncee la pequeña
reeletencla en loe alambree determlna la comlente grande,
pero flnita. En forma elrnllar, en loa clrcultoern¡gnét1cos, Ia pequetla reluctancla de un nücleo de hlerrocerrado de alta perreablIldad eln entrehlerroe, ltnlta elfluJo grande pero finlto, determlnado por eI valor de
saturaclbn de magnetlzacl6n.
El canpo H, no ee nulo solarente en 1os entrehlerroB
perneablee, ael que la ley de Anpere produce:
75
i I lt-or-lll lrN vucltos
+32+9"z=
Coolorno poro avoh¡orlo lat d. AiD.r..
7 =n¡¡ = pt?,+?.)ttZoZ D
Profundidod D.
FIGURA 2l. Reluctoncios on scric.
H.St + H¿S¿
eI fluJo debe
=[1
ser contlnuo,
76
(57)
cada eeccl6na
(58)
(59)
(61)
Puesto que
transvereal,
Q) = (¡rrHra, + F¿H¿r¿)D =
donde cada per¡leancla P,
en
Q=FtHrarD=¡rrH.aaD
reeolve¡¡oa para los campoe
¡r ra¿tr1 ¡rr atf 1H------- , H=---
lr:arSzt FzarS, l¡rarS¿ + ¡r.a.S,
3,2,2.2, Reluctanclae en paralelo. S1 en un entrehterro
el nücleo de hierror B€ llena coD doe nterLalee
permeabl-ee, com) en la Flgura 22 Ia reluctancla de cada
materlal, todavia eetá determlnada por 55. Pueeto que cada
rlaterlal obeerva la miena fuerza nagnetorctrtz, cono Be
demueetra al apllcar la ley clrcultal de Au¡rere aI coatorno
que paea a travée de cada uaterlal,
HJa = H.e * XI H-L = HZ + lt/e (60)
Loe canpoe H en cada rwrts¡f¿] sso lguaLee, entoncee
fIuJo ea:
el
-11-Sf1]- = x1(p¡.*s)fRr'1Ra
y P¿ ee preclearente la reclproca
77
N vurltos
I
I
I
-___J
6=T(?,+9r't
Troraolorlof poro .roluocló¡ do loloy clroullcl do lapara d. lo qoftf oDi¡.ño Hl = He= Ni/r
Profundidod
?' ¡¡19-q
FIOURA 2 2. R.luctoncior .n porololo.
78
de la reluctancla análoga a la conductancla.
3,2.2.3, Longltud efectlva para la fuerza nagnetorctrlz.
La fuerza rctrlz en eI clrcuito nagnétlco ea la fuerza
'na8netomotrtz (f .m.m); éeta, crea eI f luJo en el clrculto.
Eete fluJo reeulta de Ia c1rculacl6n de comlente en uD
conductor eléctrico enrrollado alrededor de una porclOn del
clrculto nagnétlco forr¡rudo tr vueltas (eeplras). Una eola
vuelta que porte una corrlente 1 produce un fluJo cuya
rn¡gnltud eetá determlnada por Ia reluctancla R deI
clrcuito; vueltae nültlplee, todae portando Ia nlema
corrlente; crean fIuJoel proporclonalreute layorea. Por
tanto, f.u.m es funclOn tanto del nümero de vueltas corc
de Ia corrtente.
Fmm=f 1 <62>
n6teee que t vueltaa que portan 1 aupertoa ee la ¡nlena
fm que porta (ti ) an¡rerloe. La unidad del eletern¡r
lnternaclonal (SI) ee eI amperlo y antlguarente ele ueaba el
anperlo vuelta cono unldad.
A1 tratar loe circultoe magnétlcoe reeulta conveulente
deelgnar couo Vm a la fuerza nagnétomotrlz o fm, Ir al
bacerlor 6€ reconocera Ia analogla con Ia fuerza
electrouotrtz fem. Se eupoae la exletencla de un potenclal
magnétlco eecalar que ele puede deelgaar comc¡ Vm, cuyo
gradlente negatlvo dA Ia lnteneldad deI canpo nagnétlco:
7g
¡¡ = _gV¡n (63)
La eeLecclon deI gradlente negatlvo proporclonara
analogia mAa cercana al potenclal eléctrlco por tanto:
fxH = J = Vx(-9Vn) (64)
Sin embargo, el rotaclonal del gradlente de cualquler
eecalar ee Ldeuticarente cero. Por Io tanto ee vé, guer el
6e va a definlr H como eI gradlente de un potenclal
magnético eecalar, entonces la deueldad de corrlente debe
aer cero en toda la reglOn eI cual el poteaclal nagnétlco
eecalar se deflna en tal f6¡m¡. Se tlene entoacee:
H - -svld (J = O) (65)
Dado que muchog problenae nagnétlcoe couprenden
dlstrlbuclones 6eométrica6 err lae que loe conductoree que
Llevan lae corrlentee ocupan uDa fraccl6a relatlvauente
pequeña de la reglon total clue lntereeaa, ee evldente que
puede eer utll un potencial magético eecalar. El potenclaL
magnético egcalar tanbleu ee apllcado en eI caeo de lmanes
permanentea.
Se debe eéalar ahora una dfferencia entre V y Vm: Vu no es
uDa una funcl6u de poelclon de valor unlco. EI poteuclaL
eléctrlco V eet unlforme una vez que ae aelgna una
Untfuls¡uu,.r AUru¡,u,¡;..'," !i(l,lMtt0cpto. Eiblrottro
80
referencl.a cero. solo hay un valor de v aeoclado a cada
punto en eI eepaclo. Eo ocurre 1o miemo con Vm.
consldereee la secclón traneversar que e¡e ut¡eetra eD lafigura 23. En Ia reglon a(r(b J = O, y Be puede eetabl.ecer
un potencial nagnétl.co escalar. El valor de H es:
IH - ----- aA
2lr-r(66)
donde I es la corrleate total que fluye en la dlrecclón a
en el conductor lnterno. AI apllcar 65
Il16V¡¡----- = -lVn I - ---Znr iA r r6Q
o bien,
6Vm I=
tA 2¡
de eeta fOpn
Ilfm=-------A
2n
donde la cte de lntegracló se ha becho lguaL a cero. Se
sabe que:
VxE=o
SE'dt = O
y por 1o tanto Ia lnte6ral de l1nea
FfOURA 23. Pol¡nciol nognótico o¡color y .l.ctrollótlco.
82
Vab E- dl
eB lndepend.lente de la trayestorla. Sln enbargo en caao
estAtlco
VxH - 0 (cuando J'= 0)
Pero
S H'dl = I
aunque J aea cero a 1o Largo de Ia trayectorla de
1ntegracl6n. Cada vez que ae reallza otra vuelta completa
alrededor de la corrlente, e1 resultado de lntegraclón
aumenta en I. St no hay corrtente I encerra¡la por La
trayectorla entoncee ele puede definlr una funclb¡ de
potencfal con valor ünlco. Sln embargo en general:
.EI
Vm, ab = I H'dl (Trayectorla eepecfflcada)I,q
3,2,3. It[ateria]..
3.2.3.1. Hletéresie. AI aplLcar uaa lnteneldad H, a un
clrculto maguétlco }oe vectoree de donlnlo rotan en La
dlrecclón de H¡ 1¿ rn¡.gnltud del deeplazanleato, estA
controlada por la luteneldad de H. La rotaclon a su vez
altera Ia suma de loe vectorea de domlnlo, 1o cual orlglna
carnblos eD la lnteneldad de fluJo. Al reduclree H, loa
vectoree rotan a e;u orlentaclOn orfglnal pero retlenen un
desplazamÍento en Ia dlrecclón del H anterlor. AI aumentar
)"
la
83
cualH, se llega ultlmad.auente a uua
todos loe vectoreg de dominlo se
lntenel¿rad para
ballan allneadoe con H;
esto conetltuye Ia eaturaclón.
adiclonal de H aumentará eI fIuJo
lncrernento produclria f luJ o
CuaIquler lncremento
solo en la rnedlda que eI
en una eugtancia no
ferrorn¡gnétlca.
El hecbo de que el morento magnétlco del naterlal sea
dlferente despuée que ae ha retlrad.oel caupo o de que el
eetado magnétlco deL materlal aea uDa fuuclOn de E¡u
hietorla magnétlca, ae lLana hletéreeie.
Hablendo aLcanzado Ia eaturaclOn parclal conefdererooe la
Flgura 24 doade se puede coutlnuar el experlreato en el
punto x, reduclendo H. AI hacerlo enptezan a noetraree loe
efectos de hlstéreele y no ele recorre nuevareote la curva
origlnal. Aün deepuee de que H ee lgual a cero, I = Br, Ia
deneldad de f1uJo remanente conforre ae lnvlerte H, a
contlnuaclón se regreea a cero y 6e recorrevarlae veceÉ el
c1clo completor B€ obtlene el c1clo de hietéreele de Ia
Figura 24.
La fuerza rnsgnetomotrLz que ae requlere para reduclr la
densldad de fluJo hasta cero se ldentlflca corc Hc, Ia
"fuerza" coercitlva. Para valoree nAxlmos nAe pequeñoe de
H, ae obtlenen clcloe de hlstéreele unnorea y el lugar
geo:nétrlco de los puntoe ea aproxlrn'daqante lgual a una
84
FfgURA 24. Ciclo de hi¡tórosi¡.
85
curva de rnngnetlzacl6n vtr6en.
Hagamoe ueo de Ia curva de nagnetlzaclóu para el acero al
slllclo con el fln de resolver un problema de clrcultomagnetlco. Se eupondra un torolde que tlene uu núcleo de
acero, excepto por un claro de alre de 2m. Se tlenen 500
vueltas aLrededor del torolde y Ia preguuta es: ¿que
corrleate eie requiere para eetablecer urra deaeldad de fIuJo
de 1 Vb / m2 en todae ¡rartee del núcleo?
Eete clrcuito nFrgnétlco ea anáIogo a un circufto eléctrlco
que contleue una fuente de voltaJe y doe reelatoree, uno de
Ioe cuales no eel l1neal. Ya que ee da la "corÍente", ea
facll encontrar el 'fvo1taJe'f , a travee de cada elerento en
serle y, por lo tanto la fem total. Eu Ia brecha de alre:
LaireiRafre =
-32x10 6
= --------- = 2.65x10 A. vueltaa/Yb-7 -4
4tcIO x 6x10
conoclendo el fluJo total,
-4 -4Q = 86 = 1(6x10 ) = 6x1O V-b
gue ee el m{emo, tanto
puede hallar la fm que
-4
para el acero coür para el afre,
ee requlere para la brecba ,
6)= 1590 A. vueltaeVnalre = (6x10 )(2.65x1O
86
con referencla a la figura 25, Ée requlere una lateneidad
de campo nngnetico de 2OO a. vueltas para produclr una
densldad de fluJo de 1Vb / mz en eI acero, de dond,e:
H acero = 2OO A. vueltae
Vm acero = H acero x L acero
2O0 x 0.30n
188 A. vueltae
La fn¡o total eB por Lo tanto, 1778 A.vueltaa y Be requiere
una comlente de boblna de 3.56 A.
Se debe advertir que ele han becbo varlae aproxlmaclonee aI
obtener eeta reepueeta, ya ae ba renclonado Ia falta de una
eecclóa transversal completamente unLforne, o de la
elmetrla clllndrlca Ia trayectorla de cada llnea de fluJo
no tlenen la rnlema longltud. La elecclón de una longltud de
trayectorla " ñedia" puede ayudar a compenear este error,
en proble'n s eD los que puede eer máe lnportante que eD
eete eJenplo. EI fluJo en loe bordee del claro de atrer éB
otra fuente de errorr 5r Be cueuta con formulae por redlo de
lae cualee Be puede calcular una longltud efectlva y un
arco tranevereal para el claro, Io que dara resultadoe nás
preeieoe. Tamblen exlaten fluJoe de fu6a entre las vueltae
de alambre y en diepoaltlvoe que contlene bobinae
concentradas en una secclón del núcleo, unaa cuantas llneas
de fluJo fornan un puente en eI lnterlor del torolde. El
87
//
¡
I/
NE
A
=@
1.4
1.2
r. o
o.8
o.6
o.4
o.2
oroo 500
H ( A. vuclios/m )
900
FIGURA 2 5. Curvo de mogncfizoción del ocero ol silício.
88
efecto en loe bord.ea y la fu6a son problemae que cael rrunca
ae preaentan eD un circulto eléctrlco, debido a que la
razon entre lae conductlvtdadee del alre y lae de loe
materialee conductlvoa o reeletlvos utlllzadoe ee baetante
a1ta. Como contraete Ia curva de na8netlzaclón para el
acero al s1lLc1o, mueetra que la razón de H a B en eI acero
e6 aproxluadarente de 200 haeta la rodllla de Ia curva de
n¡guetlzaclón;eeto se compara con uDa raz6n. en eL alre de
aproxirn¡damente 8OO. OO0. De esta forua aunque eI fluJo
preflere eI acero al alre por Ia fm¡rerfoea raz6u- de 40OO a
1, eeta no eB muy cercana a la raz6n entrelas
conductlvldadee de d.lgar¡oe lOn (para n = 15), para un buen
cond.uctor y un alelador regular.
Se coneldera ahora eI probleua lnvereo. Dada uDa comlente
de boblna de 4 A¡np. en el clrculto nngnétlco anterlor,
¿cual aerá La deneldad de f1uJo?.Prlrero ae trata de hacer
llneal Ia curva de magnetlzaclón, redlante una recta del
orlgen haeta B = 1, H = 200, entoncea ae tlene B -- H/?OO en
el acero y ! = F" H, en eI alre. Se encuentran las doe
reluctanclae como 0.314 x lOn (n = 6) para Ia trayectorla
eD eI acero y 2.56 x lOn (n = 6) para eI claro de alre,
Arrp. vuelta/wb en total. Pueeto que Vm ea lgual a 2OO
Amp.vuelta, eI fluJo ea 6.36x10n (n = -4) wb, y B = 1.06
wb/ma. Se puede obtener una solucl6n máe exacta euponlendo
varloe valoree de B calculando la fuerza uagnétonotrLz
89
nece6arla. Sltuando los reeultadoa en uDa gráflca' €.re¡
poetble determlnar eI valor verdadero de B' Por
lnterpolaclón. Con éste método ee obtlene B = 1.lwb m¿. La
gran exactltud del modelo l1neal, reeulta de1 hecho de que
La reluctancla del claro del alre eD un clrculto magnéttco'
a menudo ee nucho nayor que Ia reluctaucla de la porclóa
ferromagnétlca del circuito. En coneecueaciar B€ puede
tolerar una aproxlmaclón, relatlvarente pobre Para eI
blerro o acero.
3,2,3.2, f,aturaleza de loe naterlalee. Un electrón eD uDa
órblta ee anÁlogo a una Pequetla esplra de corrlente ( en Ia
cual Ia corrleute está dirl5lda eu eentldo opueeto a la
dlrecclón de viaJe del electrón ) y, couo tal, ex¡rerlrenta
un ¡rar de torslón en un canPo rnngnétlco externo, tendiendo
el par a allrentar el canPo nsgnétlco Producldo Por el
electrón en órblta con eI camPo nqgnétlco externo. 51 no
hubiera otroe uorentoe m¡gnét1coe que conslderar' ae
conclulrfa entonceB que todoe loe electronea que deecrlben
lae órbttag en el ¡naterlal se deeplazarfan de tal forua que
eunarfan aua campoe rn-gnétlcoe al- cauPo apllcado Ir eu
conaecueacla eI camPo megnético reeultante eD cualquler
punto en el materlal, eerfa myor de 1o que eerfa en ec¡e
punto sl el material no eetuvleee preeeute.
Univmidod Autonomo da Otcidmh
Dcptr. libl;*co
Sin embargo atrfbuye uD aegundo rcrento aleepiu del
90
eLectrón. Aunque 6e tlene la tentaclón de deecrlblr el
modelo de éste fenóreno, cousiderando que eI electróu 81ra
en torno a Bu ProPlo eJe y quef de éeta forma Seuera un
momento dlpolar magnetlco no Ee obtienen reeultadoa
cuantftatfvoe eatlefactorloe de esa teorfa. En vez de eI1o
e6 necegarlo asimllar lae matenátlcaa de Ia teorla cuÁntlca
relativleta, para demoetrar que un electr6a puede tener un
momento ma6netlco de espl¡ aproxlmad¿rna¡¡s lgua1 a t 9x1on
( n = -24 ) A. m¡; loe al8noa naa y trEnoe' lndlcan que ea
poelble tener un allneamfento en favor u opueeto aL cauPo
magnetlco externo. En u¡I átono con Duchog eleCtrones
preeentes, solo loe esplnee de aquellos electronee que Be
encuentren en caPae que no eeten conPLetarente llenae
contrlbulrlán coD un morento nagnetlco Para eI átonn.
El egpin nuclear ocaelona una tercera contrlbuclón al
rcmento de un átomr pero éete factor ProPorclona una
contribuclón despreclable a lae propledadee uagnetlcae
totalee de loe naterialee y Do Be le conelderara nÁe.
Ael, cada átouo contlene muchoe morentoe couponentee
dlferentee y au comblnaclón deternlna Las caracterletlcae
r¡ngnetlcae deL ¡¡aterlal y proPorclona au claelflcaclón
ma6netlca general. Se deecrtblra brevemente el tlpo de
naterial ferronngnétlco.
En Ioe materlales ferrouagnétlcoe cada
91
átono tlene un
momento dipolar relatlvanente grande ocaelonado
prlnclpalrente por mo¡¡entoe de espln eLectr6ntcos no
compensados. Las fuerzas lnteratomicae bacen que eetos
momentos ae allnlen en foru paralela eobre reglonee que
contlenen uD Bran número de átome. Eetae reglonee Be
lLaman domlnlosr y pued.en tener gran varledad de formae y
tanañoe que van deede urra nlcra haata varloe centlretroe,
dependlendo del tamño, forua, uaterlal e bletoria
nagnétlca de Ia nueetra. Loe uaterfalee ferromagnétlcoe
virgenee tendrán donlnloe, cada uno con uD nomento
magnétlco fuerte, eÍn ernbargo loe nonentoe del donlnlo
variaa en dlrecclan de donlulo a donlnlo. Por 1o taato, €l
efecto en conJunto ee de cancelacl6n, y eI nterlal couo uD
todo, no tiene rcnento magnétlco. f,o obstante, deepuée de
apllcar un campo rnagnéttco externo, aquelloa donlnloe que
tlenen momentos eD la direcclOn del carlpo apllcado
fncre¡¡entan eu tanaño a expenaae de sus vectnoe y eI campo
ma6nétlco lnterno ee fncrerenta notablereute eobre eI de1
campo externo por ei eolo. Cuando ee eIln1na eI caúpo
externor por lo general no 6e logra un altneaulento de
donlnloe, conpletareate aleatorlo y un canpo dlpolar,
resldual o remanente,
macroecbpica.
pernanece en Ia eetructura
Loe ünlcos elerentoe que elon ferromgnét1coe La
92
temperatura ambtente eon eI hlerro, el nlquel y el cobalto.
Algunae aleaclonee de éetoe metalee entre ei y con otroe
netalee, tamblén eon ferromagnétlcae, cono por eJenpLo el
alulco, una aleactOn de aluninlo, alqueL y cobalto con uDa
pequeña cantidad de cobre. A tenperaturaÉ¡ nAe baJae
algunoe eLementoe de lae tlerrae rara6, com eI gadollnlo y
eI d.leproelo elon ferron¡Bnéticoe. Ta¡¡b1én reeulta
lntereeante que algunae aleaclonee de retalee Do
ferromagnétlcos, s¡on ferromaguétlcae, cotDc, el blemuto
nagneao y el cobre-mangane6o-eetaüo.
Para el cLrculto nsgnét1co, Ia propledad de nayor
lnportancia de eetoe ¡¡aterlalea ea la dependencla de la
lnducctón magnétlca, Ia lntensldad de caupo y Ia
dependencla de lae perdldae por hletéreele y por comientee
paráe1taa de la lnducclbn y la frecuencla.
La chapa utlllzada üaa comuurente en AC, ee de acero aleado
a baee de ell1c1o (del orden del 3 al 57.>. Reclbe el
nombre d.e chapa rnngnétlca. La aportactón del eillclo tlene
lae flnalldadee d.e reduclr lae pérdldae por hletéreeis y de
aumentar la reeletlvidad del acero. Con 1o üIttrc ee logra
loglcaracnte, dle¡alnulr lae pérdldae por corrlentee
parásltas. AdernAsr el ell1clo eetabiltza la cha¡ra, ea el
eeutldo de practlcamente evltarle eI enveJecimlento.
La estructura de acero aI etllclo, repreeeata
93
conglorerado de Sranos ferrltlcos en cuya soluctOn 6e
encuentran otro€ elenentoa que forman Parte del acero aI
s1l1clo Be obtlene por laminac16n, eluel gra¡roa 8Q eetlran
alto en dlrecclón de1 lamlnado, 1o que crea una
hetero6eDeldad de Lae ProPiedades tanto mecAnlcas cono
ú48néticae y eléctrlcas. El fenóreno de eetirado de loe
granoE¡ que ea reeultado deI endurecimfento Por defornacl6n
en frlo durante eI lamlnado, empeora a18o lae
caracterleticae magnéticae y aurenta e1 bucle de
bistéreeie, 1o que aumenta lae pérdldas magnétlcae. Al
nlamo tlempo el endureclmlento por defornaclÓn en frlo
aurnnta tamblén la reslstencla eIéctrlca, lo que reduce en
clerto grado las pérdldae por corrlentee Parasttaa, Pero
queda predomlnante la lnfluencla det auÉnto del bucle de
hietéreefa.
Despues deI lamlnado Para ellnlaar la lnfluencla de1
eudureclnlento por defornaclbn eD frlo, el acero a} e1l1c1o
Be eorete a recocldo a una temPeratura de 8OO oC 1o que
contribuye aI engrandeclmlento de loe Sranoa y cou ello la
reducclón de las pérdldae Por h16téreel.e. Sln nlaguna duda
la lnfluencla favorable del recocldo ae Danlfleata eD eI
acero aI elllc1o tamblén deepuée del Proceao de eetampado y
corte en la fAbrlca de conetrucclon ¿s 'n¡qulnaa eléctr1cas.
Para evitar eI feu6reno de oxldaclón brueca, el recocldo eD
éste cas;o, aelleva a cabo en una atÉsfera de hldr66eno.
94
En las eepeclee rcdernae de acero aI elllclo hay una
pequeüa adlclón de e111clo. El el11clo tlene doe
dietlncÍonee. En prfuer lugar contrfbuye al PaBo del
carbono extstente en eI acero de Ia cerentlta al Sraflto'
Lo que reduce lae pérdldae por hietéresla, Yr en eegundol
lugar, aumenta la reeletencla eIéctrlca del acero' lo que
dlsmlnuye lae pérdldae Por corrientes paráeltae.
La adlclón del ell1c1o aurenta Ia reeletencla eepectflca
del acero cael proporclonalrente aI contenldo de slllclo y
coD ello contribuye a la dleminuclon de lae pérdldae Por
corrlentee paraaitae que eurgen en el acero aI trabar éete
en un campo magnétlco externo. Una adtclbn de e1l1c1o por
enclr¡a d.el L,8% aunenta notorÍarente la perreabllldad
maguétlca de1 acero en canPoa magnétlcoe de peque[a
latensldad, pero la dienirruye algo en loe caryoe de alta
lntensidad. Del mlsmo rcdo el sl1lclo deblllta el
enveclniento del acerof que ae exPreea por el aunento de
las perdldae en el acero en el cureo del tleupo.
SeBün eL ¡¡étodo del tratamiento ee dfetlnguen eI acero
lamlnado en callente y el acero lanlnado eu frl.o texturado.
Bste ültlrno tlene en comparaclon con eI ¡rertuero tneJores
propledadee magnétLcae, pero solareute en eI caelo cuando el
fluJo nagnétlco eetA orlentado eD aentido de lanlnaclón de1
95
acero; en diercclan traneversal a Ia lanlnaclon lae
propledadee mngnctlcae deI acero lamlando en frlo' son
mucho peores, eD otras palabras, éste acero Poeee una
anleotropla brusca. Se emplean princlpalnente las
slguleutes tnarcae¡ de acero e1l, eLZ, eZL, e31, e310, e32O,
e330, e341, e342, e343. Aqui Ia letra e elgnlflca acero al
s1lfclo, Iae prlreras clfrae t)2r3r4 lndlcan eI contenldo
de el}lc1o a saberr 1. De baJa al.eac16n (O.8-1.8%),2, De
aleaclOn rmdla <t,8-2,8%), 3. De aleaclón elevada I lamlnado
en callente <2.8'4%>, Ianlando en frlo (2.5-3.52)t | 4. De
alta eleacl6n <4-4,47.> .
Lae eegundas clfrae deepuee de las letrae Lt2rg elgntflcan
la calldad del acero de la rnrrca dada con relaclbn a lae
pcrdldas eepecificae en el acero, o aear pérdldae en un
kllogra-.' de acero para la lnducclOn y frecuencla ¿ladae.
En eI orden euceelvo, lae clfras 1, 2t 3 ee refleren aI
acero con pérdldae especlflcas normalee, reducldae y baJae
para una frecuencla de 50 Hz,
La tercera cifra deepuée de la letra O, etgnlftca que el
acero es lamlnado en frlo texturado.
Por eJenplo, e32O elgnlflca que el acero e6 de aleacl6n
elevada lamlnado en frlo texturado con pérdldae eepeclflcae
reducidas para una frecuencla de 5O Hz.
96
Las dluenslones comunee de la cb,apa de acero aI elllclo por
6u anchura y largura eon 750xt5OO -- y 10OOx20O0 nn, pero
ae fabrlcan chapas en otrae dfrnenslonee, por eJenplo, de
600x120O mnr de 210x1500 nn y otrae.
Bl eapesor corrlnete de Ia chapa ee de O.5 y 0.35 Ítn; eI
acero de la Darca e11 ae fabrlca ta¡¡blén de 1 m de
eape6or; 61 la frecuencla ee elevada ee fabrlca acero de un
eBpeaor de O,2, O.15 y O.1 mm. Por pedldo eepecial ae
fabrlcan chapas de O.42 y O.30 m de eepesor.
El aumento de contenldo de e1l1clo nae del 4 aL 5%, lnfluye
poco en la varlaclón ulterlor de lae pérdldae nagnétlcae,
pero en fuerte grado aurenta Ia fragllldad del naterlal.
Lae lnpurezas aJenae en el naterlal empeoran lae
propledadee magnéti.cae deI acero, y para lograr altas
propiedadee pngnéticae con mininaa pérdldae ee aeceearLo
elegir correctamente el réELren de lar¡lnado y recocldo.
Eetae redidas haa perultldo a lae fAbrlcae obtener un acero
al eillclo con pérdld.ae de cerca de O.8 a O.9 Y.zKg ¡rara B =
1 T y 50 Hz y uD eepeeor de la chapa de 0.35 nD. Para
otrae frecuenclae e lnduclonee en eI lntervalo desde O.5
hasta L,7 T, para lae frecuenclae haata 1O0 Hz, lae
pérdldae ee pueden calcuLar por la f6¡rm 3
f t.t5P = Prro (B)n .
;;-
9?
n=57logPrrS
P¡¡o
pr,o 6on las pérdldaa en V/Kg, slendo B = 1 T yP-¡r6, slendoB=1.5T.
Bete recuento ee vAlldo para cbapae bien aieladas una de
otra. En loe nücleoe pre¡raradoe eD de¡reudenci.a del
caracter de Ia tecnologlOa y de Ia preelOn de encaJado, el
exponte n, puede dlferlr sensiblerente del calculado por la
forma. Antee del rnontaJe de lae cortadurae de acero para
evltar el contacto eatre las chapae, estas se alslan una de
otra con una capa flna de papel o de laca de ss,rnsft¿¡.
Puesto que el aielamiento ocupa clerto eepaclor 6€ reduce
el lleuado de acero y el coefieclente de llenado varfa en
depend.encla del eepeaor de las chapae y del tlpo de
alelamlento. La regularldad del ee¡reeor de lae proplae
chapaa eJerce Bran lnfluencla en el llenado. S1 en unas
zonaa reeultan por casualldad cortadurae nae grueaaa,
elegfdae por 6u longitud y en otrae nas flnae, eeto crea urr
debllltamiento local d.el encaJado 1o que aJ. fln y al cabo
puede cauaar Ia rotura del Ducleo. Por eso ea de auma
luportancta obeervar la regularldad de1 e€¡peaor de las
chapae y claalflcar como correaponde lae cortadurae para
ellmlnar Ia falta de compacldad local.
Et hierro dulce (pudelado), ee deflue conct un naterlal
ferroeo fornedo por la eolldlflcacl6n de urra rlae¡a de
particulas ¡rastoeae de hlero retAllco altarente reflnado a
las cualee eln fuslón poeterfor ee lncorpora una
de eecorla flna unlformemeute dletribulda.
98
cantldad
Be por
conslguiente d.lstlnto del hlerro puro o del acero obtenldo
por procedlmlento de fusLón. Lae dinlnutae lncluslouee de
eecorla forman lae caracterletlcae deI hlerro dulce
pudelado. En forma de barras e€¡ ¡¡l¡y empleado para nucleos
de relevadores. Coa éete obJeto debe eer blen recocldo.
Preferenterente en hldr6teno para reduclr lae ¡rérdidae por
hletéresle y evltar eI enveJeclmleato. Eu norteaÉrlca ae
uaa para loe nücleoe de loe relevadoree un hlerro con 1 a
3% de el11clo cocnocldo con el nonbre de blerro de
reLevadorea. Como eD el caeo de todoe loe ¡¡aterlales
ernpladoe en clrcultoe Da6Détlcoe debe aer recocldo deepuée
de lae dletlntae operaclonee que Ie dau au forua
deflnlt1va.
Lae Flgurae 26 y 27 mueetran lae curvae nor¡¡alee de
lnduccló y de lnducclbn y perreabllldad reepecttvarente.
3.3. EFECTOS ELECTRICOS trO DESEADOS
3.3.1. Corrleatee de Foucault. Coueldereee un clrculto
femomgnétlco aI cual e¡e Ie apl1ca un voltaJe eeuol¿tal
(Figura 28>, En el clrculto se eetablecera un fluJo
eenoldal. En la secclbn transvereal A-A de la Figura 29,
ele nueetra el fluJo de direccl6u posltlva eallendo del
or'Jocr:Y
ai
22
20
rgr6
t4t?
roI6
4
2
ot?o r40 r60
H. Oorsted
¡ao rócl.
ch POr
HI ?o rlca
.a Aca c o¡to
I/
Fl;ñd hta
/I
FIGURA 26. Curvo¡ normol¡s dc inducción.
!to
=AC'oELao
700
600
500
400
300
200
too
oo I
K¡logourr
ro
il\
\
I
\\
5 \
FIGURA 27. Curvor dr inducción y prrm.obilidod.
FIOURA 2 E. Circuito frrromognÓtico con volfojr ¡¡noidol.
| -_+11'.i-..'.'j.,:l :'.: :..'.¡;'j:;¡:.
iil¡ o .Jiil . o o:::lo . oFj:.:::¡ffi
FIOURA 29. Flujo dr dirccción pocitivo coli¡ndo dol Pop¡|.
FIOURA 30. Corricntc¡ dc rcmolino.
FIOURA 3 t. Scccil'n dc nrlclco conclrufdo con lominocbno¡'
PaPel.
Loe naterlalee ferromagbneticos eon conductoree;
LO2
UD Lazo
conductor eobre la euperficle ee puede vleualtzar como ae
I lustra. Eete lazo enclerra un fluJo varlable con el
tleupo y por tanto ee luduclrA un voltaJe y clrcularA uaa
corriente durante el prlrer cuarto de clclo' eL fluJo
poeltlvo def ln1do por Ia Flgura 28 estA aurentando y Ia
corrfente lnducida serA ea la d1recc16n que ae nueetra en
Ia Flgura 29.
Exleten nuchoe canlnos de conduccl6n sobre éeta
superflcle, Io que reeulta en urr Bran nürero de corrlentee
com 6e muestra en Ia Flgura 30. Eetas aoD corrlentee de
remollnoe que pueden cauear pérdldas eD Loa circultos
nagnétlcos, en conJunto, a las pérdidae por corrfentee de
remollno y por hlstéresls ee les denor¡lna pérdldae de
nücleo y aon detectablee por un autrEDto de teuperatura en
el materlal del nücleo. trlnguna de éstaa comPoDentes puede
6er eLlrninada pero cada una puede controlaree dentro de
ciertos 1lm1tes.
Las pérdfdae por hlstéresle pueden expreaarsen redlasnte La
f6rrnula empirlca:
PH = KH fBR. (67)
103
La constante de hletéresle K ea caracterletlca de cada
tfpo de material de nücleo; f ee Ia frecuencla y Bm ee Ia
auplltud de la densldad de fl.uJo eeuoldal. Bl exponente n
ta¡nblén depende del tlpo del materlal y varia generalreate
entre 1.5 y 2,5. Las caracterietlcae de hlstéreete ae
pueden controlar red.fante eacogeDcla d.e uD natertal de
nucleo partlcular y rediante técnlcae de fabrlcaclón
durante la produccl6n. Lae pérdldaa por corrie¡rtee de
remollno conetltuyen pérdldae de potencla eléctrlca
caracterizables por la fórnula
P = E¡lR (68)
En donde E ea el voltaJe efectlvo luducldo en eI nücleo y R
es Ia reelsteacla efectlva del uaterlal del nücleo. Todae
las red.ldae que orlglnen uua dlsmlnuclOn d.e Ia magnltud de
E o un aunento de R reduclrAn lae pérdladae d.e potencla.
Tanto E couo R, pueden alternarse favorablemnte fabrlcando
el nücleo a partir de laminaclonea aleladas en vez de uDa
conetrucclOn ebllda. En la Flgura 31 Be lluetra Ia eecclón
A-A cuando eL Dtrcleo se conetruye con lamlnacloDea. S1 8e
compara la aeccl6n tranevereal de una eola l.&nlua coa Ia
eecclón tranevereal del nücleo de La Flgura 29 resulta
aparente que el fluJo total y Por tanto el voltaJe laducld.o
ea lenor en la lAnlna; tamblén eI área eobre Ia cual las
corrientee de reuollao pueden circular es conelderablerente
naterlal de reeleteucla ee¡reclflca
menor eD Ia
reeietencla.
IAmlna, 1o cual
FLnalmeute el La
IO4
ocaelona urr au¡ento de
lAnlna estA hecha de
grande, lae pérdldae
a una
a ulta
15. OOO
por corrlente de reuollno se reduclrAn.
La potencla total en wattlo€¡ conBunlda por kllograrce de
uaterlal a uDa tenperatura de 25 oC cuando eetA eoretldo a
una fuerza rnngnétlca alterna que produce una lnducclón que
varta aruontcaueute entre loe Il¡¡ltee eepeclflcadoe de +B o
-B a una frecuencfa f, ealvo lndlcaclón contrarla La
lnduccton u¡Ixlr¡a 6era de 10 Kllogauee, una frecuencla de 60
Hz, Esta potencia perdida eera repreaeDtada por el eimboLo
(P/to/60) ,
S1 ele desea coDocer Ias pérdldae correapondientee
lnducclóa Daa elevada, la mueetra eerA eoretlda
lnducclOn que varla ar¡¡bnicareate co- un úxlno de
gauaa, eL elmboLo comeapondle¡te eerA <P/Lá/S,O>,
Se diJo que para reduclr las pérdldae de potencfa en el
nücleo, frecuentenente éstoc se conetruyen con nuchas
lAminae delgadae aleladae eléctrlcarente entbe el con
del.gados reveetlnlentos de óxldo. El f luJo de corrlente
queda confinado deutro du uua lAnlna delgada y tro puede
aalfr de lae Ián1nae.
105
El coDductor rectantular de la Fl6ura 32 eetA en un 'cam-o
ma6nétfco que varia con eI tleupo B(t), aprohimamoe }a
trayectorla de corrlente elgulendo Ia forma rectaugular' de
manera que el fluJo a través del clrculto de aachura
dlferenclal dx y dy, de área 4xy ee:
A = -AxyB(t) (69)
Donde ae deeprecla el caupo de reaccl6n de Ia corrleute
lnducldar suponiendo que ea mucho renor que el cauPo
apllcado. El elgno loeDoa aparece porque al apllcar la
regla de Ia mano derecha, el fluJo poeltivo fluye en
dlreccfon opueeta a B(t). La reeletencia del clrcuito ee:
4Yx4LXw2Rx= (----+----)= t1+(---)1 <70>
aDdxdyaDwdxL
La fuerza electrowtrLz alrededor del clrculto de Por
resultado una corriente ohmlca:
da dB 4L dBS E-dI = lRx = - = 4xy---- = ----xZ
dtdtwdt<7t>
potencla dlelpada:
4Dx tL (dB./dt) ¿dxdQ=f¿Rx=------
wt 1+ (w/L) z 7
<72>
t0o
ili I,-{
tFdx | ¡
i L - _-J I
L---==----Ji
------l
-
ll----t ¡llrl
-------1
,/B (r)
FfguRA 32. Corriontrs dc Fot¡colt.
-t l-- ;
;r'
B(i)
FIGURA 33. Eliminoción dc lo¡ corricntcc d¡ Foucolt.
to7
La potencla total dlelpada eobre la lAmina conpletar É!€
encuentra entonces eunando lae potenciae dlelpadaa en cada
clrculto diferenclal.
p= dp
4D(dB/dt) z tLP-
wt 1+ (w/L) z 7
xdx
LDw c(dB./dt)¿p = ----
16t 1+ (w/L) z l<?3>
S1 ta hoJa eetá lamlnada en t lamlnllIae comct eD la Flgura
33 cada eecclOn tlene la miama Bolucfoo 73 st Be euetltuye
w por w/fr, Entoncee la potencla total dleipada ee il vecee
la potencla dfslpada en una eola eecclón.
LD (w,2il) e (dB,/dt ) ¿ il aLDw (dB./dT) 2
P=---- = <74>16t 1+ (w/ñL) zl 16f¿ t 1+ (w./tl,) ¿ I
3.4. PROGRAI'IA ESPIRA
EI pro6rama eaplra eetA eu condlctonee de aumlDlatrar
datoe finales de lnductancla, fuerza, nürero de eeplras y
fluJo magnétlco con flnee de conetruccion y de prueba.
Este protrama acepta los sigufentee datos de entrada:
VA: Voltlamperloe eumlnletradoe por el fabricante en VA.
108
V: VoltaJe co¡r tolerancla máxlma en voltloe.
r: Reslstencla eléctrlca de Ia boblna en ohnloe.
P: Peeo utlllzado en Ia deteruinaclón de la conetante de
elastlcldad del reeorte eD Sranoe-fuerza.
Y: Elongacl6n del reeorte en retroe.
X: Separaclon de lae carae polaree en poelclóa de rePoso
en r¡etros.
lI: Peso de la pLeza polar con aus contactoE¡ eD trarca
fuerza.
a! Aacho del uücleo nagnétlco en retros.
D¡ Profuudidad del nücIeo eu retroe.
EI protrama especlflco es:
10 cl,s20 BEEP50 COLOR 16,15:LOCATE 1,20:PRIfT "TrabaJar eD unldadee
coneleteutee en I[KS. ": COLOR 7, O
100 ItrPUT 'f VA : "; VA110 IX?UT "V : ";VLzO IXPUT "r : "; r130 If,PUT "P : "iP : P = P X.OO98O7140 ItrPUT "Y : ''; Y150 ItrPUT "X : "; X160 IIPUT "il : "; ll : ü = ü *. OO9807L?O ItrPUT "A : ";a180 ItrPUT "D : "¡D19O ITPUT "Re : "; Re500 I = VA/V5LO Z = V/l520 XL = ( (Z^2-r^ 2) ) ^. 553OL=XL/ (3.769911#)540 K = P/'{55O F = Re*(K*X)+[560 A1 = a*D570 B = ((2*F*1.26E-OO)/Lt)^.51000 COLOR 16,ls:PRItrT "BI valor de B = ": B¡COLOR 7,0101O PRIilT1O2O IilPUT "H : "; H
109
t1O0 U = B/H1110 f, = (L/(U*A1))^.51120 FI = BXA12000 cl,s?OLO BEEPztOO PRIUT tt¡ = rr;Lztt0 PRIIÍT rrP = rr¡F2L2O PRIfT rr¡ = 't;I2130 PRIf,T "A = "; FI
* 1.1
tlniyüfsidud AU[J¿r0írl ;r¡ rjtcidctth
t_ L0
4, cotrsEcucloil DE lilsultos
Lae materiae prlmae necesarlaa Para Ia elaboraclOn completa
de boblnas para contactores y vAlvu1ae eolenoldee, Suarda
estrecha relaclón con el eetado en que éstae Be encuentren.
Hay casos en loe cuales e6 poelbLe recuPerar la mldura
eobre Ia cual vlene devanada la boblna, mleatraa que eD
otros caeoe eI deterloro no permlte recuPerar slquiera este
conponente.
Para hacer r¡aa completo el eetudlo, utlLizareme eI caao
extremo o aea, cuando r\o ee puede recuPerar Ia noldura, no
sln antes resaltar que las rn¡terlas prl.mae requerldas Para
elaborar lae boblnae para contactoree, eon lae ulenas que
ee utlllzan eu el caeo de lae vAlvulae eoleaoldee.
Se preaenta asl, la Tab1a ntmero 8, en Ia cual ae hace uDa
llsta de materlas prlmae cada una coD aua reepectivoe
proveedores.
111
TABLA 8. l[aterlae Pr1ñ46.
I{ATERIA PRIITA PROVEEDOR ORIGET
Alambres esmaltadoe CEAT GEIERALpara boblnae deade el DE COLOIÍBIA.
CaI 1.
callbre 4O aI callbre 8. FADALTEC LTDA. Bogotá.ITALCEL LTDA. Cal1.
Barniceg IilQUIilAL LTDA. Call.
Clnta Scotch 38 SIII DE COLOI,IBIA. Call.
üolduras eu urea formal- RII'IAX LTDA. CaIl.dehido, nylon epóxlco, QUII'IICA BORDEI Yumbo.polleulfona, sulfuro depo1 1penl leno.
Termluales tlpo pala o SItt DE COLOT¡ÍBIA Call.con tornl11o.
Cabe anotar, que el eumlnlstro de uaterias prlrnre ea
naclonal o con repreeentacl6u en Colombla' 1o que garantlza
un suml.nlstro ¡rerrnanente.
LT2
5. ASPECTOS DE COTSTRUCCIOil Y PRUEBA
Eete eetudlo, es una coDgecuencla deI anallele
sietematLzad;o de dleeño y €¡e conetltuye en la parte
prActlca de éete. Se dlvlden loe aspectoe de conetruccl6n y
prueba eD un paquete deno¡¡1¡ado pruebae, en el cual e;e
anaLLzan lae causaa por lae que sle queua una boblna y É¡e
eetablecen ademAs las pruebae neceearlas Para aaegurar un
optlno control de calldad; uD aeguDdo paquete denomlnado
bauco de pruebas, en eI cual É¡e preeeuta un dleeño flaal
del banco de prueba. Un tercer ¡raquete enseña los avances
tecnológicoe con relaclón a Ia teorla electrougnétlca
reallzadoe por IIAGIET PHYSIK de Alemanla. Uu cuarto
paquete exhibe loe reeultadoe obtenldoe al efectuar
pruebas a r¡trestras conetruldas con baee en eI anAllels
gletematLzado de dleeflo.
5.1. PRUEBAS
5. 1. 1. Porqué ae
detallado eetudlo,
con representaclón
quema uDa boblaa. Deepuée de un
y coneuLtando con algunoe fabrlcantee
en el pais, lleganoe a las caueas mas
113
de unausuales por las
vAlvula soleuolde
que una boblna de un contactor Y
ae queaa. Estae cau6a6 soni
5.1.1.1. Tenslon. Cuando la teael6n con que ea
Ia boblna ee denaelado elevada' euPerando Ia
dada por el fabrlcante, eet conun gue éeta ee
crear otras ¡rerturbaclonee que alerten sobre e1
funclonamiento del elemento.
allnentada
tolerancia
quere, eln
lmegular
Cuando la tenslón de allmentacl6n de Ia boblna e6 baJa, eG
poelble que antee de que eeta ee quere, extstan ciertae
perturbaclonee que den avieo de La caue¡a. Dichae
perturbacloaes pueden eer que eI elerento IIo 8e exclter Qü€
ee abra, que zumbe o que los contactos ee queden soLdados.
EI rango comün dado por eI fabrlcante para voltaJe mlnlrc y
rnAxlrc e6 eI de 0.85 a 1. 1 del voltaJe nominal
ree¡rect 1varente.
5.1.1.2 Frecueacia. A ¡reear de que al.gunae boblnaa aean
eepeclflcadae para trabaJar a 50 6 6O IIz, ea Ia frecuencla,
una de lae caueas uAs lmportantee para que éeta ee averle y
aün mAs cuando se uezcla con el fenÓreno de tenelan
alta o baJa.
Cuando la frencuencla ee denaelado baJa y la tenelOn alta'
ea lnmlnente Ia destrucclón de la boblna.
114
De nuevo, ciertae perturbaclones comc¡ Ia no exltactOn del
elementor eüe se abrar 
115
aI elemento 6oD grandee, debe Suardaree Ia precauclón de
eelecclonar un conductor aproplado ¡rara tal efecto. La
caida de teuslón ee traduce en los bornes de la boblna en
baJa tenel6n. A eeto tamblen se puede llegar el La calda de
tenelan ea grande en el tranafornador de mndo. Prevlarente
a La averla de la boblua, pueden presentaree eintonae cor¡oa
que eI eLerento Do ae exite o gue Loe contactoe ee queden
soldados.
5.1.1.5. Superflcles sucias. Un cuerpo extraüo lncruetado
entre lae caras polaree o entre lae superflclee rnagnétlcae'
lncrerenta la reluctancfa del clrculto magnétlco y Por
tanto Ia corriente a travée de Ia boblna puede auPerar
lncluslve loe valoree nomlnalee del conductor con que éata
6e halLa elaborado. Un zumbldo prolongado, ea el nie
frecuente avlso de ésta perturbaclOn y ae puede comeSlr
antee que Ia boblna ae quere.
5.1.1.6. Ilando lneeguro. Si el elerento ee exlta y ae abre
de nuevo, vlbra o €iua contactoB aG! quedan eoldadoer ea tnr¡y
poefble que eetercs aute un preaaglo de boblna queuda por
n¡rndo tnseguro debldo a poca preelón de contacto en el
eralsor.
Cuando el emleor eea cual el€a elu tlpo (puede eler urr
de nnrcha y parada, un relé auxillar o aün un
botón
nando
116
autornAtfco) r B€ encuentra aucto, Sastado o coD otraa
perturbaclonee, no eumlnlstra coatlnuldad de corrlente a Ia
boblna, averlandola en un tlempo relatlvamente corto.
5.1.1.7. Fa}ea reeleteacla en eerle.
reeietencela economlzadora utlllzada coúc¡
tensLon, Do eel Ia adecuada, eI voltaJe en
boblna de1 elerento puede llegar a aer nuy
clertos traumatlarc€¡ que comunmnte coucluyen
queuada.
Cuando la
dlvleor de
bornee de Ia
baJo creando
con la boblna
Eetoe traumatlemoa pueden hacer que el elereuto Do ae
exclte o que sl 1o hace ee abra de nuevo' que vlbre o que
eus contactos se queden eoldadoe.
5, L,2 , Pruebas apllcadae.
5.1.2. t. Tenelon. Como 6e coaocl6, lae variaclonee de
voLtaJe ya 6ea por encontrarse éste alto o üuy baJo, puede
conduclr al quern¡do de la boblua de un elemnto (contactor
o vAlvula eolenolde). Por éete rctivor €ei lnportante
lroplernentar pruebaa por alto y baJo voltaJe con doe f lnee
prlrcrdtales: el prlrero, asegurar que eI ra¡r6o de
alelamleato y aün de funclonaulento correePonda al que da
el fabricante, o €¡upere éste valor. Un eegundo fin' tlene
que ver con loe voltaJee r¡lnlrnoe a loe cualee la boblna
tL7
puede 6er conectada o desconectada.
Para establecer éeta lnportante prueba' ea Pueel neceearlo
conslderar el ttpo de allrentaclón eléctrica cou, la
rnqgnltud del voltal e que eie apl lca a la boblna del
elerento. La mayoria de los frabrlcantee de contactoree y
de vAlvu1ae solenoidee, ae ven obllgados a eatlefacer
neceeldades eD ambos aspectoe aüa cuaudo ea mAe coDuD
encontrar vAlvulae eolenoldee allrentadae Por DC y
contactoree allrentadoe por AC. La razón por lae gue lae
prlrerae ee allrentan cou DC, tlene que ver prlncl¡ralrente
coD la dlflcultad de bacer un operador lanlnado Para evltar
pérdtdae; de ahl que en la nayorla de loe caeoe Ia potencla
en watttoa aea mayor en el caeo de AC que en el de DC (e61o
eel renor en algunas referenctae en lae cualee eI o¡rerador
es tratado). Los contactoree tlenen un nücleo lanlnado por
la facflldad que é1 pernlte hacerlo.
Las tenelonee eetablecidae en DC, Para contactoree elon de
24 V, 4A V, 60 V, 110 V, 22O V, y 440 V' reealtando que son
mAe utlllzados los baJos voltaJee por la facllldad que trae
lrp1erentarlos en clrcultoe de mando coD renoree rlesSoe.
Loe contactores allmentadoa cou AC ttenen tenelonee
nomlnalee de 48 V, LLO/1-?7 Y, 22O V, 38O Vf 44O Y' y 660 V'
comerclalee en Bu totalldad aunque con prelaclóu en
voltaJea de 22O V y 44O V, comuneel en aueetro medlo.
118
Los llmltes de la tenelón, varian en eI ca€¡o de los
contactores, para fabricantes couo SIBI{EtrS entre eI 0.8 y
el 1.1 del valor de la tenslón nomlnal; nlentraa que Para
otroe fabrlcantee el llm1te de la tensL6n de conexlOn varia
entre eI O.85 y el 1.1 en tanto que Para la deeconexlón
puede eetar entre 0.3 y 0.55 del valor de Ia tenslOn
nomlnal, aun cuando no ae tarantLza un funclonamlento
optino y por tanto eI aparato eetA aupeditado aI deterloro
de las partee.
Lae valvulas eolenoldes que funcloaaa cou DCr 1o hacen cou
tenslones nomlnalee de 6 V, L2 V, 24 V, tzo Vt 24O V, y un
rango normal de operaclbn de 0.85 a 1.O5 del valor de la
tenel6n nomlnal. Fabrlcaatee comc¡ ASCO aeeguraa Para
voltaJes nomlnalee etaudar de L25 y 2OO VDC' loe raugoe de
voltaJe de O,72 aL 1.12 del voltaJe no¡¡lnal.
Una vAlvula soLenofde allreutada con AC tleue tenelones
nomlnalea de 24 V, 1.2O V, 24O V' y 480 V' con urr ranEo
nominal de operaclbn de 0.85 a 1.0 del valor d.e Ia tenelón
nomlnaI.
Lae pruebae de tenalon, ae haceu evldentenente nAs
exl6entes eD el caeo de las valvulae eolenoldee en lae
cualee el fabrlcante efectüa pruebae por perlodoe cortoe
coD voltaJee de operacLón que van deede el 0.85 al 1.1 del
valor nomlnal
funclonamfento
(Entre 0.85 y 1
normal
.05) y
119
peaar de que aolo garantice el
en loe valoree eapeclflcadoe para DC.
para AC (entre O.85 y 1.0).
Lae tenelonee euelee aer conalderadas en el. atrallsls de loe
alsla¡nlentos, pero nornnlrente eD lae boblnas de lae
acclonanÍentoe Do ea neceearlo hacer éste auAlleis
compacto, Ia que Ia falta de alslamlento uAe Srave 6e
presenta eD loe alambres devanados y dlcha falla ee puede
deternlnar con eI voLtaJe nomlnal. Loe materialee con loe
que e;e fabrlcan las boblnas, son garantlzados
lndlvldualrente para soportar Ia tenslón requerlda. Ael
puee, el ala¡nbre esmaltado, las clntae, terrnlnalee' eD
capaulanlentos o ¡nolduraa aoD eepeclficadae a una tenelon
dentro de la cuaL figura Ia requerida.
Con éste atenuante y con lae caueae que establece el
eetudLo, la prueba nraB importante, aün coincldlendo con el
fabrlcaute ee la de loe Limltes de tenslon, por red1o de Ia
cual y de acuerdo con los datoe deecritoe para contactores
y válvuIae solenoldes allrentadae por AC y/o DC 8e
euminietran lae tenelonee ninlmaa neceaarlae tanto Para
conexlón cono para d.esconexlon y lae tenelones náxlnas ae
sostlenen durante un corto lapso de tienpo equlvaleute a
1.5 minutoe.
Uniwtidod Aulonomo óa Occid¡nh
D4to. liblictcco
t20
5,L,2,2, Frecuencla. A ¡reear de solo encoatrar doe ranSoa
de frecuencla para el funcLonamiento del elerento en AC, ea
éete parAretro factor fundarental eD la calldad de la
boblna.
Una varlaclQn de la frecuencla, trae com¡ co¡aecuencla un
cambl.o en la reactancia lnductlva de la boblua y Por tanto
en Ia lmpedancla del circutto que ella lnvolucra, en eue VA
y otroe factoree.
De nuevo, debe conelderarae antee que uada el la boblna eE
para frecuencia dualr I el fueee o Do ael, debe
eepecfflcaree sl ee conecta a 50 o a 6O Hz.
Una varlaclón de la frecuencla, trae coneigo una var1ac16n
de tenelón. Con cete compromleo, no ae garantlza la boblna
por varlaclonea de frecuencla al¡n cuando uDa Pequeña
dieulnucLbn o aurento (de tn¡s o Elros t Hz) no Ia afecta.
La prueba por frecuencta, conduce PueB' s61o a apllcar
frecuencla nonlnal a Ia bobina' Para analtzat
conportaml.ento en cuanto a funcfonamlentor lnductancla
otroe paráuetros que 6e guardea couo referencla.
5.1.2.3. Eaerglzaclon y deeeaerglzaclon. Una prueba
lmportante eB Ia de energtzacl6n y desenerglzaclon deI
Ia
81l
u
tzr
elemento, ya que Pernlte conocer Ia condlclÓn de
f unclonaml.ento tanto e1éctrlco como recánlco,
fundarentaluente antes de que éete Bea sorEtldo a au tral ln
de robuetee eléctrica y uecAnlca (nürero d.e uanlobrae Por
hora).
La prueba conefete en apllcar el voltaJe nominal aI
eLenento y en un corto tlempo, suaPenderselo repitlendo
éste procedimlento en dLez ocaelonee, al cabo de lae
cualee, eI elerento debe oPerar eficlentereute. Si eI
elerento falla en su o¡reraclón Por 1o renoa en tree
ocaelonee, ee b.ace neceearto re¡retir loe dlez lmpuleoe¡ a1
la falla perslete, €I eleue¡to debe eoneteree a revlelón.
Sl aI cabo de la prlnera prueba ele preeentan cuatro o r¡A6
fa}lae, el elerento lrla a revlslón coIE deternlnaclln
fina}.
La revLelón a la cual ae bace renclOn, conelete en Ia
verlflcaclon de} funclonanlento Ecenlco del elerento en
cuanto a reeortea, contactoe, paeadoree, enclavamlentoet
gulae y operadoree se reflerai y deede luego a Ia
verlffcaclOn de Ia buena condlclón del circulto nagnétlco.
5,t,2,4, Energlzacl6n por tlenpo prolongado. Una de lae
m€rnera€¡ de conprobar la eflclencia del clrculto nagnétlco
eei energizando el ele¡¡ento por un tlempo de qulnce minutos'
L22
IaaI cabo de los cuales, ae observa eI calentamtento de
bobina y de lae armadurae.
Es poelble, gu€ el reeultado de Ia obeervaclan Do €¡ea
satlg'factorlo, 1o cual conduce deflnltlvarente al recalculo
y reparactón de Ia boblna.
Irlleutrae Ia prueba de ener51zacl6n por tleupo prolongado ee
reallza, allrentando el contactor eetrlctarente con aua
condfclones nomtnalee, ea poelble que ae observen otras
anomallas como por eJemplo, algUn zunbido, 1o cual aerla un
eintorne de contacto defectuoeo, o euperflcle de loe poloe
nagnétlcos suciaa, como tamblen el anillo de corto clrculto
roto, caeog eetog que conduciriaD el elerentO de nuevO a
reparaclón.
5.L,2.5, PoelclOn. Loe fabrlcantes recomleadan realtzat
el montaJe de contactores Pequeñoc (tamaños O a 2> err
cualquter poelcl6n' .obre una auperf lcle d'e f lJactón
vertlcal, excepto cuando E¡e emplean Para serviclo de
lnverelón y en combinaclones eetrella trlan6ulo. Los
contactores de tamaño 3 a L4, deben montaree eobre uDa
euperflcie de fiJacl6n vertical. Se adnlten PoE¡lcloDee
lncllnadae de Ia superflcle de flJaclón con un Angulo de
haeta 22,5 grados con reaPecto a Ia vertlcal.
L23
Bete fenomeno, lntroduJo eI factor gravedad en la memrla
de cálculo y ahora obllga a la l-ntroducclón de la prueba ea
la cual ee coloca el elemento en la poslclbn náe crltlca.
5.1.2.6. Fuerzas dlnálcae. En eI anAllsls eisteuatizado de
dlseño, ee eatablece la fuerza mlnlrn¡ que ae requlere Para
vencer las preslonee recAnlcae, eJerctrraa Por los reeortes
y por Ia mlsma poetclóa del elerento. EI eetudlo eobre la
válvula solenolde de acclón directa concluye que la fuerza
neceearla para abrlr Ia vAlvula ee proporclonal aI tauaüo
de loe orlflcloe y a Ia preelon.
Esto hace necesarlo Ia reallzaclón de una prueba eD Ia
cual, a través de un dlnaúnetro ee nlde la fuerza con que
actüa el elementor para comPararla con la fuerza uinima
estableclda, aaegurando un clerre ¡rerfecto de contactoe o
una operaclón adecuada deI e1ereato.
5,t,2.7, Temperatura. Los contactores ¡rerrolten eu empleo a
una temperatura ambiente de 55 oC y el baJo caleatamlento
proplo de Ia bobina permlte uua elevada frecuencla de
manlobras. En lae vAlvulae solenoldee lae tenperaturae ee
ee¡recf.f lcan de acuerdo al eDcerraDleuto. Ael, uD
encerrauiento claee A trabaJa hasta 1OS oC, nlentrae que la
clase B lo hace hasta 130 oC, Ia claee F llega a 155 oC y
la claee [I ee ldeal a 180 oC.
La prueba
L24
de teuperatura conalete eD provocar el
funclonamiento del elemento a la temperatura aublente
mAxLma lntroducféndolo en un horno y regulandolo hasta
doade €¡ea necesarl-o. AI flnal de la prueba, ae obeerva y
concluye eobre el eetado de cada uaa de lae partee del
eLemento.
5. 1.2.8. FluJo. La redlclon del f luJo ae hace poelble
medlante la utiLlzaclOn de un fLuxlretro conetruldo con e1
princlplo de Ia ley de Len;z. EI dato de fluJo mlnlno
obtenldo en el anAIfsls elsteuatLzado de dleeño e€;
com¡rarado con el del elerento, lntroduclendo una eonda en
eI clrculto na6nético de éete antee de eu eneanblaJe. La
variaclón de fluJo con reepectoal tlempo lnduce una
corrlente en La eonda que a elu vez ae relaclooa coD uD
voltaJe que e6 recibldo Por el elerento prlnarlo de
ned1cl6n (puede Ber uD D-Areonva1 o urr elerento lntegrador
electrbnlco) para obtener el dato flnal de cou¡raraclón.
Sl el fluJo
elsteuat tzac.o
e1
el.
eI
de
no
de
La
de
5,2, BAüCO DE PRUEBAS
valor aportado por el anAllels
elerento debe 1r a reparaclbn.
eequeua de preeeutacló de1 banco
una etapa de traneforraclOn para
auPera
dleelo
Figura 34,
pruebae que
ur¡egtra
coneta
12 5
BCl 8C I
o-r52v c t7c - c¿t vAco-rSevDc
FIOURA 34. Esqucmo dr conuidn bonco dr pruobo.
176-62!VDC
126
obtener loe voltaJes necesarlos, una sallda Para
frecuencirnetror ün voltlretro para AC, un voltfretro Para
AC, un amperlretro para AC, ealldae de voltaJe' clrcultos
auxl-llares para tomas, fluxlretro' proteccloDeB' con todoe
los requerlmientos para rleego de electrocuclón.
En la Ftgura 34
eléctrlcae del banco
La utlIlzaclbn del banco
procedlulento Lndlcado ea
rnreetra taublén
pruebae.
Iae conexloneeae
de
de
1a
pruebae ee hace de acuerdo aI
eecclón 5.1.2.
5. 3. I{EDICIOTES ELECTROüAGTETICAS
5.3. 1. Fluxlretro. EI f luxlretro electrontco ee¡ un
una mlnlma deevlaclonlntegrador electrOnlco eeaeltlvo con
y con una alta reeleteucla de entrada.
Se ha deeamollado un clrcuito para Ia aupllflcacl6n de uaa
seffal lntegrada (Véase Flgura 35). La eeñal a aer
lntegrada, eB captada por la boblna (1) y tranenltida aI
ampllflcador <2> corr loe componenetee de lutegraclon R y C.
EI potenclal de eallda Ua del aupllflcador <2> es
proporclonal al poteaclal de entrada. Eete ee anpllflcado
por el aupllflcador (3) y puede 6er rcstrado por el
lnetrumento (4) o por un grabador x-y conectado a (5).
127
I Bobino dr mrdición.
2 -3 Amplificodorc¡.
1 lndicodor.
5 Solido.
6 Srlrctor d. rongo.
7 AJU¡tr o c.ro'
I flrrlvoclón comPantodoro.
A Solido o ccro Oñm.
B Sclldo o dióz Ohm.
FIGURA 35. Circuito dcl fluxfmclro intcgrodor.
L28
5.4. PRUEBA
La prueba a la que ae hace referencla ee real.lza con un
contactor marca Cl{C, tamaffo cero' en el CuaI ee tourOn
todoe loe datoe de entrada requerldoe Por eI Prograra
moatrado en Ia seccl6n 3.4 eetoe datoe fueronl
VA = 1O,5 VA (Extrafdo de la tabla de1 fabrlcante).
tl = 226,8 Voltloe (üedldo eu eI voltlretro) .
r = 389 Ohmloe (l¡fedldoe)
P = 2OO 8ramoe-fuerza (Ittedfdos)
I = 0.36 e-? m (üedldoe)
[ = O.65 e-2 m (üedldos)
l{ = 86 gramos-fuerza (Idedldos)
a = O.95 e-2 m (Iledldoe)
P = L,25 e-2 m (l,tedldos)
Re = 2 (Contadoa se6ün eI contactor)
Con loe datos euministrados y lae fOrmulae lnclulda€¡ eD el
prograrnAr el€ dá a conocer Ia deneldad de fluJo uaguético B'
con la cual ee reflere a Ia curva correaPondleute Para
suminlstrar el valor de lnteneldad de camPo il tDético H.
H = 62 L/v (Correspondlente a O.41 Teslaa).
Et programa ffnaltza y ae obtieaen Loa elguleatee datoe.
L - L2,57 Henrfos.
1e9
F
rg
7 ,92 
130
6. HERRATIETTAS PARA PRODUCIOIÍ Ef SERIE
En la eecclón 5,2 ae eetablecÍeron los elere¡¡toe neceearÍoe
para Ia construcclOn de1 banco de pruebae, por 1o cualr €D
el elgiente puntor Do Be coneideran éataa y eolo ete
referlran a las herranlentae para ra producclón de boblnae
para contactoree y vAlvulae eoleaoldee err Berte,
conelderando la ateuclón a casoB de extrern¡ urgencfar €D
los cualeÉ¡ ae repararia el elenento eléctricarente averlado
en un tlempo mlnlrno.
Para er efecto en 1as secclones elgulentee, y coaelderaado
todoe y cada uno de loe nureralee expueetoe a travée d.e
éste trabaJo, eetomará cono base, la conetrucclOu de quince(15) boblnae dLarlae, lncluyendo todo el procego de
fabrlcacfbn.
siendo asf, lncluyendo todos ro" "r"-ontoe dotadoe ea elbanco de pruebae, Iae herramleotae eoa:
131
TABLA 9. Herrantentae para producclón ea serle.
CAXTIDAD HERRAIÍ IErTA ESPECIFICACION
226
Cal.lbrador pté de reYReglas en centlretroeAtornlllador tlpo eetriadlferentes tamñoe
6 Atornlllador tlPo PaIadiferentes tauañoe
4 Plnza punta redonda de5"
4 Allcate de 6" aleladoa
DlnambretroJuego de ¡reeae de unSramoJuegoe de ¡reeae de doeEramoaConputador o elerentopro6ramableIlAqulnas devanadoraecon contadorAllcate para ternlnalCautln de 40 wattloePletola para eoldarCaladora eléctrlcaTaladro eléctrlco det/?t' velocldad varlableSuncbadoraBancoe d.e trabal o
ObeervaclóaObeervacl6nObeervaclón y
conetrucclónObeervacl6a y
construcclónObservaclón ycoustruccl6nObeervaclón Yconetruccl6n
Fuerzas recAnlcasFuerzae recAnlcae
Fuerzae recAalcae
AnAllele elete¡¡a-t-tzado
Conetrucclóu
ConstrucclóuConetruccl6n
ConstrucclóuConetrucclónConetrucclón
EnpaqueTodo eI proceeo
22
3
42211
L2
Cabe anotar que eetoe elerentoe adr¡lten alguna var1ac16n
adlc1ón, a La vez que aon elloe de fAcll coneecuclÓu Por 6u
mlsna slmpllcldad.
L32
7, I'ÍETODO O PROCESO DE COtrSTRUCCIOT
EI método o proceso de conetrucclón eetA au¡redltado
prlncipalrente aI estado en que ele encuentre el elerento
(ya sea una válvula eolenolde o un contactor) o por 1o
meno6 eu parte eléctrlca. Ea ocaeloDeel ee poelble recuperar
caei lntacta la r¡oldura del ele¡nntof aü¡ cuando en nucboe
cagoa ésta no exlete o ae encuentra deetruida. En éste
ültirno hecho, ae ban to¡¡ado lae redldas neceearlae para
garanttzar eficleucla y ee escrlbeu a continuacl6a.
7,L, OBSERVACIO.r DEL ELETEf,TO
Cuando el contactor o la valvula eolenoide eetá fuera de
eerviclor €el prlorltarlo saber el ea por averla eD au parte
eléctrica o eL por lo menoe su reconstrucclón ea poelble
coa el proceao y herramlentae que lncluye éete proyecto.
Una vez 6e Bupere posltlvamente éeta etapa ee procede a
torner loe datos referentes a marca, tanaño, referencla, o
nünero de vlas. El proceso de observaclón, paÉ¡a a e¡er ahora
uás dlrecto; ee deacrubre el elenento y 6e t6rna¡¡ redldae
133
preclsas sobre au ntrcleo, entre hlerroa, operador,
moldurae, callbre del conductor utlllzado y tlpo de nücleo.
Couo obeervaclón adlclonal el operarlo debe eugerlr eobre
loe contactoe prlnclpalee (fiJoe y ubvllee) y eobre loe
contactos auxLllaree (fiJos y úvllee), eI ca¡¡bto de eetoe,
en el caeo de los contActoree.
7 .2. FUBRZAS üECAtrICAS
Las fuerzae mecAnlcae gue ele preeentan eD url .coatactordependen fundarentalrente de loe reeortee, Ia rn ea de la
armadura móvll (lncluyendo los contactoe que amaetra) y en
una proporclóa poco apreclable, del arco. En el caeo de lae
vAlvulae eolenoldee, ea lnportante conelderar La preelón de
loe reeortee, apeear de que lnfluyen otroe parAretroa como
Ia preelón del fluldo y el tamatlo de los orlficloe.
La fuerza mlnlua que Be neceetta para que el
elerento opere eD Bu condlcLón fundarental, fué calculada
en la eeccl6n 3 y ahorar Ei€ trata de comprobar eimplenente
que lae fuerzae mlnlnae, correepondan por 1o renoe a éete
valor. Iniclalrente, el€ extraen los reeortes deL elereato
y ae soreten a uD proceso de obeervaclón para deter¡¡lnar au
oxldaclón y slu elon6aclón; Ia ¡¡As minlma duda al. respecto,
obllga a la euetituclón lnredlata de éster para evitar
lntroduclr erroreg en eI calculo.
134
En caeo contrarlo, ae
determina 6u conetante de elongaclOn por el Étodo
tradlclonal, consletente en agregar peeoe lgualee y redlrla
elongaclón pa6o a paeio, para trazar la recta
correspondiente, deterrnlnar Bu pendlente y couclulr
flnalrente coD Ia fuerza, que en ültln¡e evaluarüa la
fuerza minlua y capacidad de reetauraclOn del elerento.
7.3 AGRUPACIO]r DE DATOS
Loe datoe obteuldoe eD lae etapae de obeervaclOn d.el
elenanto y fuerza nacánica, son conslgnados en un formato
con el fla de facllltar lae laboree de cAlculo elgulentes.
Ael pues, con el dato de narca y referencla, eE¡ fácll-
conocer e1 en eI archlvo exleten otros datoe elaborados
con relaclón a ella, o por Io reuos datos de voltian¡rerlos
a la conexlón r €D conexÍón o sus wattloa, cono en alguaos
caaoa au coaeno @ o eu 1n¡redancla.
Otros datos, seran utlllzadoe en el análle1e eletematÍzado,
mientras que otroe como las fuerzas recAnicae ae uBan para
couparaclón y prueba.
7, 4. AIALISIS SISTEI'ÍATIZADO
Eg aqul dond.e se conblnan el algorltno aI que noel conduJ o
135
el eetudlo de la eecclón 3 que contlene dtversoe conceptos
como caupo rnqgnético, lnduccló¡ rn¡gnétlcar magnetlzaclón,
anAlfsls de1 uaterlal, pérdldas y otroe con loe datoe
agrupado€¡ en Ia seccl6n 7.3.
Se deterninau entoncee loe datoe requerldoe
construcclón de1 elerento tales cotrc nürero de
conductor equlvalente, fuerza y fluJo.
para la
eeplrae,
7.5. COI{STRUCCIOT
Ee lmportante aclarar nuevareute que el Proceao de
conetrucclbn depend.e de sl Ia dlspoelclón del elerento eel
completa o no. Asi Pue6' el Proceao eufre una varlaclón sl
el elemento no congerva au r¡oldura. AdenAe eI Proceao de
construcclón d.e la váIvula eolenold.e qued.a suped.ltad.o al
becho de que exleta en alr¡acéu el eDcerramleuto requertdo'
1o que en caelo negativo producirla un retraeo eD la
eJecuclón tod.a vez que el fabrlcante del encerraElento ea
qulen tfene la palabra, a Pesar que ae tratara de
lmplerentar un proceao proplo en clertoa cae¡oa.
7.5.1. Dlapoelclon total del elerento. En el caeo de 1oe
contactorea, 1a reconetruccl6n del clrculto
electromagnétlco cuando ee diepone d.e todo eI elerento ele
hace n¡e fáciL. Se extrae la boblna, ee deepoJau de eue
clntae o envolturas epaxlcae en ca6o de que exletan. Ahora
se Procede
136
a desmontar e1 devanado deetruido, teniendo
eiempre la precaucl6n de observar detallee de forna,
alelanleato y peeludolo para regletrar en el formato del
contactor err proceso err la caallla de pe6o del cobre
extraldo. Lo mlsmo ocurre con la rcIdura vacla. El
forrnrto en renc16n ea uno para cada elerento y ahora eE
procedente de Ia eecclOa de dleeño y contieae todoe los
datoe obtenldoe en loa procesoe de agrupaclOn de datoe y
anAl f els eletemat tzad.o. Se obedece pué6 a éete formato
creando la formaleta neceaarla en algunoe caao€i y en otros
devanando dÍrectarente eobre la rcIdura, colocando
exactarente el nürero de eeplras calculado y conelgnad.o en
el forneto por la secclon de dleeño. Poeterlorrente Be
peBafa la boblna nuevareDte, ee eoldaran 6ua coaexlonea y
se eorete al proceeo de alslaulento con barnfzr para luego
hacer eI secado y alelanlento con clnta o encerranlento
ep6xlco.
En el caeo de la vAlvula aolenoider el€ trata de
aprovechar e1 nisno eDcerramlento, hacleudo urr corte
delgado, reduclendo Ia traba. En adelante el procedlmlento
es eI uleuo que para loe coatactores. El eellado se hace
con reelna epóxlca.
7 ,5,2. Df spoelc16n parclal del elerento. Cuando el
elemento averlado no eB euninietrado completarente, €1
L37
proceso de conetruccibn resulta un poco rnr€i coüPllcado ya
que existe la poelbllldad de obtener unlcarente Ia boblna
averladao eI elemeoto elu eLla. En el prlrer caeo' la
situaclón ee nAs sencllla y eolo se tratarün de determlnar
Ioe datoe a que hace referencla blen Por archlvoe
exletentes o por los catá1o6oe del fabrlcante' aüD eD eI
caso de las fuerzaa recAaicae. EI Proceeo de conetrucclón
ae hace pues de 1déntlca EaDera a cono ee deecribe en la
eecclón ?,5,L. Et caeo contrarlo eB nAB compLlcado; el
exlete eI elerento, p€ro no exlete boblua. Ahora ee fAcll
obtener absolutauente todoe loe datoe con exce¡rclon del
peao del cobre y de Ia noldura, 1o cual no conetltuye un
lupedlreato para el cülculo. 81 probLenaee reduce ahora a
Ia falta de Ia noldura, para 1o cual ae hace ueceearlo
conservarlas en almacén, o construlr rcldea Para lnyecclOn.
St la rcldura ae encuentra en el alrnacén eolo baetaria
llevar a cabo loe procedlmlentoe lndicadoe en Ia eecclOn
?.5.1; en caeo contrarlo ae eoltcltarla aI fabrlcante de Ia
moldurar 6ü elaboract6n y en algunae ocaeloDeel' eleupre y
cuando la urgeucla 1o ¡rermlta' e¡e puede efectuar con
resinas epOxlcae con pocae cavldades. Una vez eoluclonado
el lnpaee de Ia moldura, el proceeo de la eecclb¡ 7.5. 1 ae
replte.
7.6. PRUEBAS
La boblna aün no eneamblada en el contactor o en la váIvula
138
aolenof de e6 Bolm¡1¿" a pruebaa elemntal.es com
coatlnuldad del devanado, Ia cual ele lleva a cabo con una
lánpara eerle¡ tarnblén es energlzada, apllcando au voltaJe
nomlnal con eI obJetlvo de verlflcar coudicloaes de
conexlOn y de alelanLento.
En la secclOn de pruebae y coatrol de calldad, uDa vez
reallzadae La prueba de contlnuldad y voltaJe no¡alnal, la
bobina ee ensamblada eu el, el.erento para eoreterla a todae
las pruebae de rl6or eetablecldaa ea La eecclOn 5,t,2 aI
cabo de lae cualee, el operarto veriftcarA eI buen eetado
del elemento colocando un sello adheetvo en Ia Juntura de
lae tapae del elerento. Ee funclOn tanblén del operarlo
revlsar que el fornato eeté completa y eatlefactorlarente
dl I 16enclado.
Lae muestrae rechazadaa seren progranadae
para e;u réparaclón o recálculo.
1nred1atarente
fuevamente el tlenpo de
hecho de que se dlsponga
139
producclOn por unldad, ele uDe al
del elerento total o parclalrente.
8. TIE}TPO DE PRODUCCIOtr POR UTIDAD
8.1. COTTACTORES
El ünlco parAretro que depende
au proceao de construcclOn es
el reeto de parAretroa aon
tarneñO.
del tanaño del contactor eD
el que lncluye el devanado;
Loe ulsmoe para cualquler
8.1.1 Dlaposlclón total del contactor. Ee tal vez eI
ca€io mAs rApldo en el método o prclceeo de construccl6n'
debldo a que ge tienen todoe loe recurelos. Ahora eB
necesarlo coneiderar si eI contactor vlene a reparacLóu por
erergencla o sl solo ee trata de produclr Ia bobina en
eerie. En el priroer caeo, eI proce€¡o de conetrucclon ee
conpleto y dado que Ia nayorta de ¡rarAretros no dependen
del tan¡ño del contactor con excepclOn d.el devanador B€
coneldera un tlempo promdlo para cualquler tamaño, Darca o
tipo de contactor.
il ,!í-'r r.jllil i]:l
Liepto. ijiLirrr;',u
140
Asf pues eI proceeo de construccion cuando Ia dleposlclon
del contactor es total ee coneldera en seie horae para loe
ca€¡oe de reparaclón por erergencla y de cuareata y clnco
mtnutos en el caeo de produclrloe en eerie.
8. L.2. Disposlclon ¡rarclal del contactor. Cuando
unlcarente ae po6ee Ia boblna averlada y la r¡oldura de Cata
Eie encuentra en buen eetado, eolo ee queda eupedltado a que
eD el archivo e¡e LocalÍcen loe datoe o eD caao contrarlo a
buscarlos o deterr¡inarloe.
En eI peor de loe caeos, la reparaclOn por erergencla ae
efectuarla en ci.nco horas, aün coneiderando la reduccl6n en
el nümero de pruebae y sln deecartar Ia poelbllldad de
probar la bobina en un contactor eereJante.
8, 2, VALVULAS SOLEf,OIDES
Se debe conelderar tamblén el caeo eD que Ia vAlvula
eolenoide venga a reparacl6n por ercrgencla, IA que depende
cte otroe factoreg y el caso de la producclón en eerle.
4,2.L. Dlsposlclón total de la vAlvula eolenolde. Cuando
se dlspone completauente del elereutor €6 postble recuperar
la moldura e1 ella 6e eDcuentra en buen estado, 1o cual
reduce coneiderablerente eI tf empo de producclon por
unldad. La fabrlcacl6n de la boblna para una vilvula
L4L
solenolde, resulta de cualquler nanera ma€¡ coqpllcada que
Ia de un contactor, toda vez que eD ocaslones eetae
lncluyen chaquetae de plomo o IA¡¡1na que a p€Bar de eler
recuperables en 6u totalfdad, vuelven entorroso el proceso.
En eI caso de una reparaclón por ercrgenclar elé requlere de
por 1o meDcre veutlcuatro horas elempre y cuando la
dispoelclOn de Ia vAIvuIa solenolde eea conPLeta. En el
caeo de produclrlae en eerle, el fabrlcaute de la ml.dura o
encerramiento, proveerla pertñtnentemente eI alm,cén .y eI
tfempo de producclón puede conelderarse de doe horae Por
unldad.
2,2, Dlepoeiclón parclal de la válvula eolenolde. Ee éete
cas¡o mAe crltfco en cuaato a Ia producclOn ee
requlere y para efnpllficar un poco DAa la Ldear B€ tendrAn
unicarente eD cuenta los cas¡oe de reparaclóa Por
erergencla, en los cualea eÉ¡ reaLrm¡¿e el fabrlcante del
encerramlento el factor decislvo aün cuando ee revlearia la
poelbllldad de exlstencla en almacén o Ia elaboraclón
rApida con reelnas epóx1cae. El comPromleo eolo ee puede
aeunlr el exlete eI ¡'n1de de lnyecclón; de 1o contrarlono
eerla rentable en nlnguna proporcl6n.
8.
eI
De éeta manera tenlendo en cuenta que la moldura
pueda lnyectarse, eLaborarse o conaegulree el ttenpo d.e
Por unldad e6 de setenta y doe horae Por
L42
loproducclan
menoa.
En el ca6o en que ae proporclone la boblna eolenolde nae no
la vALvular B€ cuenta con naa recuraoa y el tfenpo de
producclón se reduclrla a ventlcuatro borae por unldad.
143
9. CAtrTIDAD DE PERSOIIAL
Con loe elerentos aportado€¡ por la seccl6n eobre Étodo o
proceao de construcclón y por la eecclbn sobre tleupo de
producclón por unidad, ee euflclente para deter¡nlnar Ia
cantfdad de personal ueceearla para deearrollar la aaciente
euPreaa. Este eetudfo, dlvlde el trabaJo en clnco
eeccloaes que ee explLcan a contlauacl6n. Bllae eloDi
Dleeñor producclón, control de cal1dad, adnlnletracl6n y
ventas.
9. 1. DISEfiO
EI departarento de dieeño tleae a 6u carSo Ia eJecuclon de
lae labores de obeervaclón del elereato, fuerzae recAnlcae
y por au pueetola agrupaclOn de datos y coa elloe del
anAl lels sletemat Lzado.
La labor de éete departamento, comlenza entoncee coa la
elaboraclóu de la hoJa de vlda del elereuto en el fornato
convealente y ternfaa con La obtenclOn de loe datoe flnales
de nümero de eeplras, paeando por Ia evaluaclón del
L44
elena¡1¿o para eaber 61 se puede reparar, conoclnlento de
tauaffo, marca, referencia o Dümero de vlae, medldae, forna
y ttpo deI nücleo, entreblerro, operador o nolduras,
callbre del alambre, congtante de elaetlcldad de loe
resortes y en fln todos loe pa6oa descrltoe en lae
eecclonee ?,L, 7,2, 7,3 y 7,4, lncluyendo Ia coneulta y
nnneJo de1 arcblvo referente a contactoree y vAlvulas
eolenoldes.
Esta funclón, tlene Ia buena cualldad de eler rApida y
repetltiva ademae de contar con nuy buenae herranientae,
pero hay que deetacar gue eel una tarea que trae mucha
reɡpoueabllldad, por 1o que ee requlere uua lxlraona que
conozca muy bien au trabaJo, loe canpoe electrouaguétlcoe y
adenAs el proyecto; en lo poslble un lngenlero.
La labor Justlflca entoacee la preeencfa de una eola
persona que reuna dlchae cualldadee y que etr 1o poelble eea
un lngenlero aunque aea uDo de loe autoree de éste
proyecto.
9.2. PRODUCCIOtr
Para analtzar el proceao de prod.ucclón, ee coneldera laproducclón err serle y eI proceao de reparaclOn por
erergencla eeparad.oe para que no ae produzca Ia
145
lnterferencla de uno con otro.
9,2,L. Producclon en eerie. La producclon en eerle eB una
de las rnre valloeae Justlflcaclones de éste proyecto. La
producclOn debe cubrir el volumen de ventae, abstecer el
rercado y garantLzar ganancla a la 1nvere16n.
En eI departamento de producclon , deben eJecutarse lae
Iabores de construcclón (ver secclón 7,5> con todae aus
exlgenclas y alternatlvae, y Ia revislOn de elerentos
rechazadoe por el de¡rartarento de control de cal1dad.
La lmportancla de la producclón en eerle, hace neceearla Ia
labor contlnua de éete departarento, para 1o cual ele
coneervara el- proredlo de qulnce boblnae dlarlae
eepeclflcado en la eecclOn 6 con una Jornada de trabaJo
nornal de ocho horae dlarlas.
En e6a clrcunetancla ee requlere de dos
expertos para cordinar Étodoe y tteupoe.
enboblnadoree
9,2.2. Produccl6n por emergencla. EI caeo de la producclon
por emergencla ea excepclonal, a peear que podrla
convertirae en conetante. La erergencia debe cubrfree en
el tlempo eepeclflcado eu la eecclOn I tenfendo en cuenta
los lnconvenientes deecrltoa en eea mlema aecclón.
Para no entorpecer laat
requlere la labor de un
un voluren de produccfón
del operarlo ocho horas
146
laboree de producclon eD eerler B€
emboblnador experto, conelderando
por ercr6encia baJo y Ia preeencla
aI dla.
9.3. COtrTROL DE CALIDAD
El departamento de control de calldad' tlene funclonee de
mucha reaponsabllldad, pero tlene Ia ventaJa de contar con
muy buena aeletencla y herramLenta. Su labor conlenza
donde terrnf.na la del departanento de producclon a pesar de
que Eiu estrecho nexo contl.nüa. El departanento de controlde calldad, reclbe las boblnae de producclon, antee de eer
ensambladas en eI elerento; vleualrente verlflca su buena
dieposlclbn, aplfca el voltaJe nomlnal y prueba la
contlnuldad de La bobina. Debe tanblén eneamblar la bobina
en eI elemento y abora el apllcarA todae las pruebae
descrltas en la secclOn 5,L,2 aprobando o recbazando eI
elemento y deternlnando eL lo devuelve al departarento de
dleeño para 6u recAlculo o aI de prod.ucclOn para au
reparaclón; ademAe verlflcará el correcto dlllgenclanlento
del forr"-to.
Eeta labor puede aer real lzada por uaa eola p,ere¡oaa
preferlblemente un técnico con conocinlentoe ea
accl.onamlentoe eléctrlcoe y enboblnadoe.
L47
9.4. ADI,IINISTRACIOtr
El esgue'na admlnlstratlvo eet corrlente, coneta de un
ad¡¡lnletrador que puede eer uno de loe autoree de éete
proyecto y cuya funclóa ee la de neaeJar lae couprae' Para
abaetecer las materlae prlmas, debe revlear Ia funclón de
todos los departarentos y programar el trabaJo' lncluyeudo
lae reparaclones por erergencla.
La eegunda pereona ea Ia encargada de hacer lae laboree
eecretaria, recepcl6rr y Becretarla auxlllar contable.
Una tercera peraonar eI contador, Llevarla a cabo Ia
revlslón de Ia contabllldad aunque no neceearLarente Por
tlempo completor puea Eiu labor es el-mpl1f lcada Por la
secretarfa auxlllar contable.
La cuarta persona reallzarla el trabaJo de reneaJerla.
9.5. VEtrTAS
Una manera de captar produccl6n ee atravée del departauento
de ventas, que contarA con asLetencla técalca, catAlogos'
actuallzaclón, eutrenamiento y publlcidad. En éate
estudlo, ei€ conslderau unlcarente lae ventae del Valle del
Cauca, eln deeplazar la posibllldad d.e expanelOn.
de
148
Por eete motlvo se requlere unlcamente de un vendedor para
atender el mercado local.
En concluslón, la cantldad de pereonal necesarla
fnlclalmente eeria de dLez peraoDae contando entre ellae a
log autores de1 proyecto con 1o cual ee cuuple uao d.e los
obJetivoe que es el de suminletrar eupleo.
L49
10. AfALISIS DE COSTOS DE PRODUCCIOT
Los costos de producclón que ee couelderan ea éete estudlo
ae han dlvldldo en costoa lnlclalee y coetoe flJos. Loe
prlmros €)ntrElrcan la lnverslón neceaarla ¡rara b,acer andar
eI proyecto. El eegundo anallza loe coetoe flJ06 reneuales
cono DOnlna, arrendanleutos y otroe.
Antee de lntroduclr los costoe aclararenoe que eI estudlo
no lncluye el costo de loe moldee de lnyecclon de plAetlco
por 6u6 elevadoe coetoe, adsñ^. porque ea convenlente
eaperar el comportanlento de Ia llnea de producclOn.
Tampoco s¡e conelderan loe coetoe por lmpueetoe, por €¡u
dellcado trAmite y por no aer vltalee en loe fines de éete
eetudlo.
10. 1. COSTOS ITICIALES
Loe coetoe lnlclalea aon:
-Herranleutas para producclón en eerie.
-Banco de pruebas.
-I{aterlae prlnae.
S450. OOO, oo
3250. 0OO, oo
$2OO. OOO, oo
150
Ee lnportante aclarar que la lnveralóu ln1clal. en mterlas
primae (ver eecclón 4) abaetece un alracén' haeta tanto eea
neceearla otra lnverelón eln conelderar el perlodo.
-Artfculoe de oflcLna.
-Gaetos legales de constltuclón.
LO.2. COSTOS FIJOS
Loe costoe flJoe mensualea aoD:
-fOmlna (lncluye prestaclonee)
-Arrendamlentos (lncluye eervicioe)
-CaJa uenor.
S1OO. O00, oo
$ 50.00O, oo
3550.74O, oo
$ 40. OOO, oo
$ 20. OO0, oo
151
11 corcl-us I otrEs
1. La lmportancla de los contactoree y lae vAlvulae
eolenoldes en loe acclonamlentoe lnduetrlalee ee tal que
repreeenta ventas aprecLables para loe proveedoree a Pesar
que frecuentemente éstos elerentos vleneu lncluldoe en
equlpoe cornpletoe de proceE¡o. En muchae ocaelonee, loe
contactoree y las vAlvulas solenol.dee deben eer eustltuldoe
por completo ante eltuaciones de averla en au parte
nccánica o e¡r su ¡rarte eléctrlca, puee loe repueetoe que
poelee el proveedor 6oD nlnlrnoe. Eu vleta de ello, Ia
lndustrla vallecaucana conforna cüEulos o "cereDterloe de
contactoree y vAlvulae solenoldee" que pueden aer
recuperadoe aunque Bea parclalrente. En el caeo de lae
válvulas eolenoldes y debldo a Ia poca repreeentaclón que
exlete, el coneumidor 6e vé obllgado a euetttulr por otro
tipo de accÍooamiento que puede llegar a ser una vAlvula
necAnlca de paeo conpletor producléndoee asi un perJuiclo
adlcloua1 repreeentado ea La pérd.1da de autonatlano y por
coneLguiente de tlenpo. Una sltuaclon pareclda ee vive con
loe contactoree cuando Qetoe no tlenen repreeentaclón y
vtenen lnclu1doÉ en equlpoe.
L52
El anallels de rercado lleva a la concluatoa que tanto 1oe
proveedorea cono Ios consumldoree vallecaucanoe, tlenden a
conf ormarse en torno a fabrlcautee cotrct Sl.erene,
telerechanlque, Klockner lt[oller y Lovato eD cuanto a
contactorea se reflere y a fabrlcantee corc Asco y Xorgreen
en eI caeo de lae vAlvulas eolenoldee.
2. Lae averiae de loe clrcultoe electrouagnéticoe de loe
contactores y de lae vAlvulae eoLeaoldee cael eleupre ele
centraltza¡ eobre eu bobina. Cuando ee hace neceearla la
recuperaclón de alguno de éetog elenentoe ae debe recurlr
a métodos tradlclonalee que en Bran nürero de caeoe Do aoD
conf lablee y eolo conducen al f racaeo agregand.o el
apreclable tlempo que s¡e luvlerte en au recuperaclbn
afectando aün Da6 Ia producclón del consunldor, 1o que
lncrementa au deeconflanza por Ia reparaclon
elementoe.
de éetoe
Para elaborar uu Étodo rápldo y confLable, ae hace urr
recorrldo por la teorla electromagnética para couclulr con
un protrama de computador que luvolucra lae fórmr¡las
neceearlae para determlnar la lnductancta, eI fIuJo, la
fuerza y el nürero de eeplrae ld.ealee para eI óptlroo
funclonarniento del elere¡to. Ea éete eetudlo ee conelderan
loe contactores y las vAlvulae eoleaoldes corc urr solo
paquete y no ualcañénte 1a boblna coro lo hace eL Étodo
153
tradiclonal, 1o que 1o hace nAs rápldo y conflable.
3. La formacl6n de una nlcroenpreaa aprovechando lae
clrcunetanciae procedentes del anAlfels de rercado y del
anAIlele etetenatizado d.e dLeeño, coatrlbuye a1
cumpllulento de tres lnportantee obJetlvoe que aon el
ahorro de dlvlsae, Ia utl11zac16n d.e maDo d,e obra
callflcada y no callflcada y el aPoyo a consunfdoree y
proveedoree. El ahorro de divleaa 8e hace evlde¡te toda
vez que el pals deJar!.a de lmportar éataa boblnae y eI
contrabando de ellae eerla euetltuldo; Ia ut1I1zaclón de
Dano de obra callficada y no callflcada en eI Proceeo de
couetrucclón, eolucloaa alguaos problen¡s fls deeenpleo tal
cono 6e peraigue desde el cor¡leuzo y el aPoyo a
coneuuldoreÉ y proveedoree ea una garantia ¡rara éetoe en la
red1da en que au producclon Do ae va a ver afectad.a
euetancfalrente debldo a la mlena conflabllldad. del Étodo.
4, EI proceeo de construcclón vA paralelo aI eetudlo y
contrlbuye no eolo a Ia recuperacl6n deI elemeto' elnó
tamblén a Ia recuperactbu de Ia confla-aza de coneunldoree y
proveedoree. Ee un proceeo aualltico conpletarente
diferente al tradl.clonal pue6 coneldera el elerento por
conpleto y no solarente a elu bobtnai Be tomaa datoe, ele
proceaanr B€ conetruye y flaalrente Io r¡¡s lmportante ae
prueba. Para cootroLar la caI1dad., se eJecutan pruebas de
LE+
voltaJe, frecuencla, contfnuldad, alelaulento, energlzacl6n
y desenerglzaclón, energizaclón por tteryo prolongado,
poelclón, fuerzas dlnánfcae, tenperatura y fIuJo para 1o
cual 6e dlapone de uD bauco de pruebae que adernAs
contribulrla a la comprenelóu de conceptos de teorla
electromagnética y acctona¡¡lentos que en ocaelonee €¡on
dif 1c1les de aslmllar por el eetud.lante.
5. Con la eetructura de rnlcroempreaa obtenldar €B poelble
entoncee pensar en la expanelón de producct6n, Puea ae
poaeen todas las herramlentae para conetrulr otroe
productos relaclonados con el rano.
6. Las rnaterlae prluas neceearlaa para la conetrucclOn de
boblnae para contactoree y vAlvulae eolenoldee, son todae
de fácil coneecuclón en el pa1e, 1o que garantlza aün DAa
Ioe obJetivoe del proyecto.
155
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