Cuestionarios

Nombre:Arellano Beristain Daniel Grupo:6AM2

CUESTIONARIO UNIDAD I 1. Escribir las cinco formas más importantes de generar energía eléctrica en el país. Cemento, Vidrio, producción de cerveza, línea automotriz, plásticos y en todos los sistemas que necesiten alimentar gran cantidad de carga eléctrica. 2. Qué tipo de generadores se utilizan en México, para generar energía eléctrica. Hidroeléctricas, Termoeléctricas, Geotérmicas, Nucleoeléctricas, Eólica 3. Escribir la tensión de generación, transmisión, distribución y consumo de Comisión Federal de Electricidad. La tensión de generación de estos generadores se realiza en 13,200 Volts, las tensiones de transmisión lo hacen a través de transformadores a voltajes de 400,000, 220,000 y 110,000 Volts; las tensiones de distribución o suministro en provincia es de 13,200 Volts, en la Ciudad de México y área metropolitana es de 23,000 Volts. La tensión de consumo la proporciona a 220/127 Volts de Corriente Alterna, para todos los consumidores que necesiten conectar carga eléctrica tipo monofásica (Dos hilos: una fase, un neutro), la potencia debe ser hasta 4000 Watts; monofásica a dos hilos (Tres hilos: dos fases, un neutro),la potencia debe ser hasta 8000 Watts; trifásica en conexión delta (Tres hilos: tres fases) y trifásica en conexión en estrella (Cinco hilos: tres fases, un neutro y un conductor de tierra), la potencia debe ser hasta 25000 Watts. Si el sistema por alimentar es más de 25000 Watts, CFE, suministra la energía de distribución a subestaciones, aplicando la tarifa correspondiente de contratación 4. Escriba y describa las partes más importantes del generador de corriente alterna. Un Generador consta de cuatro partes fundamentales, el Inductor, que es el que crea el campo magnético y el Inducido, que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético. La parte Mecánica, como son tapas, chumaceras, flecha y soportes. La Excitatriz,

como son Anillos (alternador)

Rasantes,

Escobillas

y

Excitatrices

sin

escobillas

5. Deducir la formula general del generador de corriente alterna Emáx = �� ø ����ᴽ = Volts V = Voltaje en las terminales del estator en Volts Emáx = Fuerza Electromotriz Máxima en Volts o Voltaje en Vacío Nv = Número de espiras del Devanado Ø = Flujo por polo en Weber (Wb) t = Tiempo en segundos, el flujo cambia a razón de ¼ de ciclo por la frecuencia t = 1/(4f) de Frecuencia 1 Wb = 100, 000,000 de Líneas de Flujo Magnético Para Producir un Volts, es necesario cortar 100, 000,000 (1�108) de Líneas de Flujo Magnético por segundo. Para obtener el Voltaje Eficaz, tenemos que: E = 1.11Emáx = Volts E = 4.44 f Nv Φ 10-8

= Volts

Esta ecuación recibe el nombre de ecuación general del Alternador y se aplica por igual a Transformadores, Motores y Generadores de Corriente Alterna.

6. Cuál es frecuencia de un alternador de cuatro polos que opera a una velocidad de 1800 rpm. RPS = f / (P/2) = 2 f / P f = (P)(RPS)/2 f = (4)(1800)/2 f = 3600 7. Cuál es el flujo total de un generador trifásico de corriente alterna que tiene 200 vueltas por devanado y genera a 13.2 Kv. E = 1.11Emáx = Volts E = 4.44 f Nv Φ 10-8 = Volts Φ = E/4.44f(Nv) 10-8 Φ = 13.2x103 /4.44(60)(200) 10-8 Φ = 24.77x106 8. Un generador opera a 13,800 volts sin carga, al conectarse una carga, la salida disminuye 13.2 Kv, cuál es la regulación de esta máquina.

Regulación de voltaje = (13800) - (13.2x103)/ 13.2x103 Regulación de voltaje = 45.4545 mV 9. Un motor de 350 H.P., actúa como impulsor principal de un generador cuya demanda de carga es de 250 KVA. Cuál es la eficiencia del alternador en porciento, para un factor de 90%, 95% y 98%. Cosθ=P/PA PA=Cosθ*P PA=250KVA Pm=350H.P*746=261.1Kw η=P/Pm 90% P= 0.9(250KVA)= 225Kw η1=225Kw/261.1Kw*100=86.1738 95% P= 0.95(250KVA)= 237.5Kw η1=237.5Kw/261.1Kw*100=90.9613 98%

P= 0.98(250KVA)= 245Kw η1=245Kw/261.1Kw*100=93.8331 10. Del ejemplo anterior, encuentre las pérdidas del generador. 11. Calcular la potencia activa de un sistema industrial que tiene la siguiente carga: 90% Perdidas= 261.1Kw – 225Kw = 36.1Kw 95% Perdidas= 261.1Kw – 237.5Kw = 23.6Kw 98% Perdidas= 261.1Kw – 245Kw = 16.1Kw

11. Calcular la potencia activa de un sistema industrial que tiene la siguiente carga: Alumbrado = 12,000 Watts Contactos = 5,000 Watts Motores = 300 H.P. Soldadoras = 75,000 VA Reactores = 85 KVA Potencia Activa Total P= 12 000 Watts+5 000 Watts+224 800 Watts+25 000 Watts P=286,800 WattsResistencias = 25 KW 12. Del inciso anterior, calcular la potencia aparente. Potencia Reactiva Total

PR=75 000 VA +85 000 VA=160,000 VA PA= √ P2 + PR 2 PA= √ 286,8002 +160,0002=328411.69 VA 13. Del inciso anterior, calcular el factor de potencia y la potencia reactiva

cosθ=

P =Factor de Potencia PA

cosθ=0.8732=Factor de Potencia Potencia Reactiva

θ=cos−1 ( 0.8732 )=32.4081° PR=PA senθ=32 8 411.69 VA∗sen 32.4081° =160055.12VA 14. Si del sistema anterior el factor de potencia es menos de 90%, que capacidad de capacitores se requieren para corregir el sistema y este dentro de normas de CFE.

θ 1=cos−1 0.8732=32.4081 θ 2=cos−1 0.9=28.7132 PRc=286,800 ( tan32.4081 )−286,800 ( tan 28.7132 )=21169,042 VA C=

PR 2 πf Vrms 2

C=

21169.042 VA =1.1601 x 10−3 F 2 2 π (60 Hz)(220 v )

15. Si el sistema de los incisos anteriores es trifásico a 440 Volts y está conectado en delta. Cuál es la corriente y voltaje de fase.

Vl=vf vf =440 Volts PA= √ 3 VfIf If =

PA √ 3 Vf

If =

328411.69 VA =430.92 A √ 3( 440Volts)

16. Si el sistema de los incisos anteriores es bifásico a 220 Volts, cuál sería el voltaje y corriente de fase.

Vl=Vf =220 Volts

PA=2 VfIf

If =

PA 2 Vf

If =

328411.69 VA =746.39 A 2(220 Volts)

17. Si el sistema de los incisos anteriores es trifásico a 127 Volts de fase y está conectado en estrella. Cuál es la corriente y voltaje de línea.

Il=If Vl=√ 3Vf Vl=√ 3 (127 Volts )=219.97 V

PA= √ 3 Vl∗Il Il=

PA √ 3Vl

If =

328411.69 VA =861.97 A √ 3 (219.97)

18. Que voltaje se tiene en un generador, si el inductor está compuesto de 13 líneas, si cada línea vale 10 mWb y le lleva al motor moverse 30º a razón de 1 mseg.

E=

130 mWb−110 mWb =20 Volts 1 mseg

19. Que voltaje se tiene en un generador, si el inductor está compuesto de 13 líneas, si cada línea vale 10 mWb y le lleva al motor moverse 60º a razón de 1 mseg.

E=

110 mWb−70 mWb =40 Volts 1 mseg

20. Cada fase de un generador conectado en delta proporciona una corriente de 90 amperes, con un voltaje de línea de 440 volts a un

factor de potencia del 90% atrasado. Cuál es el voltaje entre las terminales del generador y cuál es su corriente total trifásica

If =90 A Vl=440 Volts=Vf =Voltaje entre Terminales Il= √ 3 If = √ 3 ( 90 A ) =155.88 A=Corriente Total

CUESTIONARIO UNIDAD II

1. Escriba porque se deben conectar los generadores en paralelo Porque los generadores pueden alimentar una carga más grande que una sola máquina. 2. Describa en forma sencilla que es una conexión en anillo por parte de Comisión Federal de Electricidad. Son aros metálicos que rodean el eje de la máquina, pero aislados del mismo eje. 3. Enuncie las características generadores en paralelo.  Voltajes iguales

y

condiciones

para

conectar

Si los voltajes de los generadores no son exactamente iguales, habrá un flujo de corriente muy grande cuando se cierre el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ángulo de fase que el conductor al que se conectara. 

Frecuencias iguales

Las frecuencias de los 2 o más generadores al igual que los voltajes deben ser las mismas ya que se ocasionarían graves problemas. 

Secuencias de fase

Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fase. 

Similares características constructivas

Un factor casi no mencionado en fuentes bibliográficas es que las maquinas deben ser iguales, es obvio que no se podrá obtener dos generadores totalmente idénticos, pero al menos que se parezcan mucho en su parte constructiva, a más de eso que las potencias que entregan cada uno sean de similar valor, y preferiblemente del mismo fabricante. 4. Explique cómo trabaja un generador en vacío. El generador de vacío es de El vacío se genera mediante 1 hacia la conexión 3. En la aspiración. Al desconectarse

una fase y funciona según el principio Venturi. el aire comprimido que fluye desde la conexión conexión de vacío 2 se conecta el conjunto de la presión, desaparece el vacío.

5. Explique cómo trabaja un generador con carga. Para funcionar, la corriente que da este generador al exterior mediante las escobillas, invierte su sentido cada vez que el inducido o bobinado da media vuelta. Cada vez que esto pasa, la intensidad aumenta desde cero hasta cierto valor, se disminuye hasta llegar a cero nuevamente y así varía su valor de la misma manera. 6. De los datos obtenidos del laboratorio en la Práctica No. 2, dibujar las gráficas: Velocidad vs Potencia y Frecuencia vs Potencia. 7. De los datos obtenidos de frecuencia del generador en vacío y frecuencia del sistema en el laboratorio de la Práctica No. 2, calcular la Potencia de Salida, para una pendiente de carga de 1MW/Hz. 8. Porqué la frecuencia de entrada de un generador que entra en paralelo con el sistema debe de ser mayor. La suma de las ondas a distintas frecuencias y al mismo voltaje se obtiene a la salida un voltaje totalmente distorsionado y con una frecuencia igual a la diferencia entre el valor de las frecuencias de las dos primeras ondas lo cual nos ocasionaría grandes problemas en la carga 9. Porqué los voltajes entre terminales de un generador que entra en paralelo con el sistema deben de ser iguales, en caso contrario, que le sucede al sistema. Si los voltajes de los generadores no son exactamente iguales, habrá un flujo de corriente muy grande cuando se cierre el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ángulo de fase que el conductor al que se conectara. En otras palabras, el voltaje de fase a debe ser exactamente igual al voltaje en la fase a" y así en forma sucesiva para las fases b-b` y c-c`. Y también hay que asegurarse de ser iguales los voltajes de línea rms. 10. Escriba que es “bus infinito” y porqué lo definen de esa manera.

El bus infinito es una idealización de un sistema de potencia, el cual es tan grande que en él no varían ni el voltaje ni la frecuencia, siendo inmaterial la magnitud de las potencias activas o reactivas que se toman o suministran a él. 11. Que le pasaría a un generador si entra al sistema y no cumple con las condiciones en paralelo Puede que no funcione correctamente o a su máxima capacidad, o peor puede que o funcione o su respuesta sea muy lenta. 12. Explique cómo se aumenta la frecuencia en un generador de corriente alterna. Al hacer girar mecánicamente el eje del generador, la frecuencia y la tensión de la señal de salida, aumentan proporcionalmente con la velocidad de giro del eje. La relación que existe entre la velocidad de giro del eje y la frecuencia de la señal generada está dada por la siguiente relación: Ns = 60 x f/p, donde: 

f = frecuencia en Hertz (Hz)



p = número de polos del generador (motor)

13. Explique cómo se aumenta el voltaje en un generador de corriente alterna. Cuando el campo magnético aumenta, su velocidad de variación aumenta la frecuencia y la tensión (V) de la señal que se genera. 14. Al estar trabajando un generador en forma individual con carga, que características eléctricas cambian cuando se le instala más carga inductiva, capacitiva y resistiva. La diferencia de funcionamiento en vacío al de carga es que existe una composición de flujos, debido a las corrientes que circulan en el inducido, éstas alteran el valor y forma de la tensión inducida. Un incremento de carga es un incremento en la potencia real o la reactiva suministrada por el generador. Tal incremento de carga aumenta la corriente tomada del generador. Si no cambiamos la resistencia de campo, la corriente de campo se mantiene constante, y por tanto, el flujo (también es constante). 15. Cuando la carga es pequeña, que es más conveniente, repartir la carga en dos generadores en paralelo o usar un generador individual a carga nominal. Usar dos generadores, para repartir la carga y si funcione de mejor manera. 16. Si se tiene un generador de 1.5 MVA a una eficiencia de 98% a plena carga, que potencia se requiere del primo motor, para impulsar a este alternador.

17. Un generador sin pérdidas de 440 volts, seis polos, 100 amperes por línea, con factor de potencia unitario a plena carga: a).- Cuál sería su corriente de línea si se ajusta el factor de potencia a 90%. b).- Cuál sería su potencia aparente. c).- Cuál sería su potencia activa. d).- Que debe hacerse para cambiar su factor de potencia a 95% a).- Cuál sería su corriente de línea si se ajusta el factor de potencia a 90%.

I =P/ √3 V cos θ I=

76.21 KW =111.11 A √ 3 ( 440 V ) ( 0.9 )

b).- Cuál sería su potencia aparente.

PA= √3 VI PA=( √ 3 ) ( 440V ) ( 100 A )=76.21 KVA

c).- Cuál sería su potencia activa.

P=√ 3 VI cos θ P=√ 3 ( 440 V ) ( 100 A )( 1 )=76.21 KW

d).- Que debe hacerse para cambiar su factor de potencia a 95%. Colocar capacitores de potencia y estos datos se obtienen del recibo de pago de energía eléctrica en donde nos indica el Factor de Potencia a corregir.

18. Un generador, conectado en conexión delta, de 480 Volts, 60 Hz, cuatro polos, con una resistencia de armadura de 0.015 Ohm, reactancia de 0.1 Ohm y a plena carga la máquina entrega 1200 Amperes con factor de potencia de 90%, las pérdidas por fricción y ventilación son de 40 Kilowatts y las pérdidas del núcleo son de 30 Kilowatts:

a).- Cuál es la velocidad del generador.

Ns=

120 f P

Ns=

(120)(60 Hz) =1800 rpm 4

b).- Cuál debe ser la corriente de campo del generador para lograr un voltaje en terminales de 480 Volts en vacío.

I A=

I √3

I A=

1200 A =692.82 A √3

c).- Si el generador suministra 1200 Amperes a una carga de factor de potencia de 80% en atraso, cuál debe ser su corriente de campo para sostener el voltaje terminal en 480 Volts. Para mantener 480 V en la terminal, el voltaje nominal debe ajustarse hasta 532 V. Y en las características de vació se puede observar que la corriente de campo requerida es de 5.7A

d).- En las condiciones de (c), que potencia entrega el generador y cuál es la eficiencia del generador.

P=√ 3 VI cos θ P=√ 3 ( 480 V ) ( 1200 A )( 0.8 )=798.13 KW Pent =Psal + P perdelec + P perdnucleo+ P perdmec + P perdcampo 2

P perdelec=3 ( I A ) Ra 2

P perdelec=3 ( 692.82 A ) ( 0.015 Ω) =21.6 KW

P perdnucleo=30 KW

P perdmec + P perdcampo=40 KW Pent =798.13 KW +21.6 KW +30 KW +40 KW =889.73 KW

η=

P sal 798.13 ∗100 η= ∗100=89.7 Pent 889.73

e).- Si repentinamente se desconectara la carga del generador, que sucedería con el voltaje nominal. La corriente IA bajaría a cero y la tensión en los bornes aumentaría hasta 535V.

19. Un generador está alimentando una cierta carga. Una segunda carga debe ser conectada en paralelo con la primera. El generador tiene en vacío una frecuencia 61 Hz y una pendiente (Sp) de un MW/Hz. La carga 1 consume una potencia activa de 1000 KW a factor de potencia de 80%, mientras que la carga 2 consume 800 KW a factor de potencia de 70%. a).- Antes de cerrar el interruptor, cuál es la frecuencia de operación del sistema.

P=Sp ( fsc−fpc ) fpc=fsc−

P Sp

fpc=61 Hz−

1000 KW =60 Hz 1 MW

b).- Después de conectada la carga 2, cuál es la frecuencia de operación del sistema.

fpc=fsc−

P Sp

fp c=61 Hz−

1000 KW + 800 KW =59.2 Hz 1 MW

c).- Después de conectada la carga 2, que debe hacer el operador para restablecer los 60 Hz en el sistema. Es necesario aumentar la pendiente (Sp) hasta 1.8 MW

20. La figura muestra dos generadores alimentando una carga. El generador-1tiene en vacío una frecuencia de 61.5 Hz y una pendiente (Sp1) de 1 MW/Hz. El generador-2presenta 61.0 Hz sin carga y una pendiente (Sp2) de 1 MW/Hz. Los dos generadores alimentan una carga total de 2.5 MW con factor de potencia de 90%. La característica resultante potencia-frecuencia del sistema o “Diagrama de Casa” se presenta en la segunda figura, responda lo siguiente: a).- A qué frecuencia funciona el sistema y que potencia suministra cada uno de los generadores.

P=Sp ( fsc−fpc ) Para G1

PG 1=1.5 MV

fp c G 1=61.5 Hz− Para G2

1.5 MW =60 Hz 1 MW

PG 2=1 MV

fp c G 2=61 Hz−

Psis =

1 MW =60 Hz 1 MW

fp cG 1+ fp cG 2 60 Hz+60 Hz = =60 HZ 2 2

b).- Si se conecta al sistema una carga adicional de 1 MW, cuál será la nueva frecuencia del sistema y que potencia entregaría cada generador. Para G1

PG 1=1.5 MV

fp c G 1=61.5 Hz−

1.5 MW +.5 MW =59.5 Hz 1M W

Para G2

PG 2=1 MV

fp c G 2=61 Hz−

Psis =

1 MW +.5 =59.5 Hz 1 MW

fp cG 1+ fp cG 2 59.5 Hz+59.5 Hz = =59.5 HZ 2 2

c).- Al estar el sistema con la configuración del inciso (b), cuáles serán la frecuencia del sistema y las potencias de los generadores si la posición del gobernador del generador 2 se aumenta en 0.5 Hz. Para G1

PG 1=1.5 MV

fp c G 1=61.5 Hz−

1.5 MW +.5 MW =59.5 Hz 1 MW

Para G2

PG 2=1 MV

fp c G 2=61 Hz+0.5 Hz−

Psis =

1 MW +.5 MW =60 Hz 1 MW

fp cG 1+ fp cG 2 59.5 Hz+60 Hz = =59.75 HZ 2 2