Proyecto Final Trafo Trifasico
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TRAFO...
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PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
ÍNDICE PRESENTACIÓN ............................................................................................................................. 2 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3 AGRADECIMIENTO AGRADECIMIENTO ........................................................................................................................ 4 1.
OBJETIVOS .............................................................................................................................. 5
2.
MARCO TEORICO ................................................................................................................... 5 2.1.
3.
TRANSFORMADOR ........................................................................................................ 5
2.1.1.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ............................................................................ 6
2.1.2.
CARACTERÍSTICAS ................................................................................................... 7
2.1.3.
CONEXION DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO ...................................... 7
2.1.4.
TIPOS DE REFRIGERACIÓN EN UN TRANSFORMADOR TRIFASICO ..... 8
2.1.5.
VENTAJAS ................................................................................................................ 9
2.1.6.
DESVENTAJAS ...................................................................................................... 10
2.1.7.
APLICACIONES APLICACIONES ..................................................................................................... 10
2.1.8.
PERDIDAS EN UN TRANSFORMADOR ........................................................... 10
CALCULO PARA TRANSFORMADOR TRIFASICO ........................................................ 12 3.1.
SOLUCIÓN ...................................................................................................................... 13
3.1.1.
Calculo de las chapas magnéticas ...................................................................... 13
3.1.2.
Calculo del cobre .................................................................................................... 14
3.1.3.
CALCULO DEL NÚMERO DE VUELTAS .......................................................... 16
4.
PROCEDIMIENTO DE TRABAJO ....................................................................................... 17
5.
MATERIALES Y HERRAMIENTAS ..................................................................................... 29
CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 34
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PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
PRESENTACIÓN
El transformador es un elemento clave en los sistemas eléctricos de potencia porque permite trabajar con las tensiones y corrientes adecuadas en cada situación. Éste, forma parte tanto de subsistema de generación como del transporte y del de distribución. Teniendo en cuenta que las redes no son perfectamente simétricas, y dado que cada vez existe una mayor contaminación armónica debido a la creciente presencia de cargas no lineales, resulta de gran interés para las compañías eléctricas modelizar la red en estas condiciones. Uno de los elementos de la red que se sabe modelizar en detalle es el transformador trifásico. Su modelización debe tener en cuenta tanto las conexiones de los devanados como el hecho de que dicho transformador también se trate de un elemento no lineal debido a la saturación de su núcleo magnético que, si bien esta no linealidad produce efectos despreciables en la mayoría de situaciones (y, por o tanto, se puede despreciar), se pueden dar otras situaciones en las que su comportamiento no lineal influencia en gran medida el del resto de la red. Es por esto que un modelo matemático detallado del transformador Trifásico puede ser de gran utilidad en el sector eléctrico y más aún en nuestras instalaciones de Tecsup.
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PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
INTRODUCCIÓN En toda empresa industrial se trabaja con niveles de tensión altas o muchas veces bajas, para la mayoría de casos se necesitan trabajar con tensiones mayores o menores de las que tenemos, para esto se hace necesario un transformador, el cual varia su tamaño depende de la potencia que maneje. Transformador es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión la tensión en un circuito eléctrico de corriente de corriente alterna, manteniendo alterna, manteniendo la potencia. la potencia. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. Es esencial en toda empresa, por más pequeña que esta sea, pues sus características hacen que sea imprescindible. Los alumnos del IV ciclo de la carrera de Mecánica Eléctrica hemos elaborado un transformador trifásico, para de esta manera poder apreciar su estructura interna y sus principales características de funcionamiento
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PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
AGRADECIMIENTO Este proyecto no hubiera podido realizarse sin los conocimientos impartidos en el curso de Máquinas Eléctricas I, también sin la guía “Wildi” que nos ayudó aclarar dudas planteadas en el transcurso del proyecto.
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ELABORACIÓN DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO 1. OBJETIVOS
Elaborar un transformador trifásico, aplicando los conocimientos aprendidos en clase. Entender el funcionamiento del transformador trifásico a elaborar.
2. MARCO TEORICO 2.1.
TRANSFORMADOR Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
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2.1.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Un transformador se compone de dos arrollamientos aislados eléctricamente entre sí y devanados sobre un mismo núcleo de hierro. Una corriente alterna que circule por uno de los arrollamientos crea en el núcleo un campo magnético alterno. La mayor parte de este flujo atraviesa el otro arrollamiento e induce en él una fuerza electromotriz (fem) alterna. La potencia es transmitida de un arrollamiento a otro por medio del flujo magnético del núcleo. El arrollamiento al que se suministra potencia se denomina primario y el que cede potencia secundario. En un transformador real, las líneas del flujo magnético no están confinadas enteramente en el hierro, sino que algunas de ellas se cierran a través del aire La parte del flujo que atraviesa los dos arrollamientos se llama flujo común o útil. La parte del flujo que se cierra a través del aire se denomina flujo de dispersión.
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2.1.2. CARACTERÍSTICAS Es muy relevante hablar sobre las características de los transformadores trifásicos por lo cual se va a conocer las características para los transformadores comerciales para su determinada aplicación: Potencia nominal asignada en KVA Tensión Primaria y Secundaria Regulación de tensión en la salida ±% Grupo de Conexión Frecuencia Temperatura Máxima ambiente (si es > 40°)
2.1.3. CONEXION DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO
‐
CONEXIÓN Y Y En esta clase de transformadores, las tres fases de ambos bobinados están conectadas en estrella, siendo la tensión de línea √3 veces mayor que la te nsión de fase. Aquí también coincide que la relación de transformación m = VL1 / VL2 = VF1 / VF2
La conexión estrella – estrella tiene dos problemas graves:
Si las cargas en el circuito del transformador no están equilibradas, e ntonces los voltajes en las fases del transformador pueden llegar a d esequilibrarse en forma muy severa. Los voltajes de tercer armónica pueden ser grandes
Estos problemas con la tercera armónica se deben a la no linealidad del circuito magnético del hierro. Dos de las técnicas utilizadas para reducir y hasta anular sus efectos son: Conectar sólidamente a tierra los neutros es decir el centro de la estr ella de ambos bobinados del transformador, especialmente el neutro del lado primario, esta conexión a tierra permite que las component es de tercer armónica,
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(secuencia cero), causan un flujo de corriente por el neutro en lugar de acumularse altos voltajes en el transformador.
Insertar en el transformador un tercer bobinado, llamado terciario, el cual deberá conectarse en triangulo o delta. Como las componentes de tercer armónica son de secuencia cero se inducen corrientes en e l bobinado terciario que anula los efectos perniciosos que ocurren en los restantes bobinados.
Este tipo de transformadores es muy poco utilizado
2.1.4. TIPOS DE REFRIGERACIÓN TRIFASICO
EN UN TRANSFORMADOR
TIPO OA
"Sumergido en aceite, con enfriamiento natural. Este es el enfriamiento más comúnmente usado y el que frecuentemente resulta el más económico y adaptable a la generalidad de las aplicaciones. Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz." 8
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TIPO OA/FA
Sumergido en aceite con enfriamiento propio y con enfriamiento de aire forzado. Este tipo de transformadores es básicamente una unidad OA a la cual se le han agregado ventiladores para aumentar la disipación del calor en las superficies de enfriamiento y por lo tanto, aumentar los KVA de salida. TIPO FOA
Sumergidos en aceite, con enfriamiento por aceite forzado con enfriadores de aire forzado. El aceite de estos transformadores es enfriado al hacerlo pasar por cambiadores de calor o radiadores de aire y aceite colocados fuera del tanque. Su diseño está destinado a usarse únicamente con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando continuamente. TIPO OW
Sumergidos en aceite, con enfriamiento por agua. Este tipo de transformador está equipado con un cambiador de calor tubular colocado fuera del tanque, el agua de enfriamiento circula en el interior de los tubos y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente. El aceite fluye, estando en contacto con la superficie exterior de los tubos.
2.1.5. VENTAJAS
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Gracias a los transformadores se han podido resolver una gran cantidad de problemas eléctricos, en los cuales si no fuera por este sería imposible resolver. Los transformadores de corriente y de voltaje han sido y son el milagro tecnológico por el cual los electrodomésticos, las maquinas industriales, y la distribución de energía eléctrica se a podido usar y distribuir a las diferentes ciudades del mundo, desde las plantas generadoras de electricidad, independientemente de la generadora. El costo de los transformadores trifásicos siempre es más bajo (solo el 10% en bajas capacidades pero en altas capacidades llega a ser hasta el 25% menos en comparación con los transformadores trifásicos.
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En bajas capacidades los transformadores trifásicos son más pesados.
El transformador trifásico es una maquina muy útil y con un campo de aplicación bastante grande ya que tiene una amplia gama de configuraciones en su conexión y diferentes métodos de disposición en la construcción de la parte física.
2.1.6. DESVENTAJAS
Pérdida de aislamiento eléctrico entre el lado de alto voltaje y el lado de bajo voltaje. Es aplicable solo para voltajes muy cercanos.
2.1.7. APLICACIONES
Modificar la tensión para transportarla, cuando generamos la electricidad en las centrales y tenemos que enviarla por la red eléctrica, aumentamos su tensión para reducir así las pérdidas por la ley de Joule.
Para conectar los aparatos electrónicos a la electricidad ya que estos trabajan con otras características, como corriente continua o bajas tensiones.
Para aislar tensiones de la red, esto se utiliza en zonas donde se necesita estar aislado de cualquier defecto de la red.
2.1.8. PERDIDAS EN UN TRANSFORMADOR Las pérdidas de potencia en un transformador real, son un tema muy crítico y complicado, dichas pérdidas han sido estudiadas por años y años, llegando a la conclusión de que es imposible no tener pérdidas en un transformador; es por esto que ahora lo que se pretende lograr es reducir las pérdidas lo máximo posible. Un transformador real tiene perdidas por diferentes circunstancias, no solo por una, y sin embargo todas se manifiestan en forma de calor, es decir si 10
PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
un transformador tiene pérdida de potencia esta pérdida se transformara en calor, este es el principio de la conservación de energía . Con el fin de tratar de reducir las pérdidas de potencia lo máximo posible, sea estudiado cuales son las causas por las que se producen estas pérdidas y así hacer algo al respecto y tomar una medida adecuada y oportuna que permita una solución al problema; esta solución claramente no será una solución totalmente exitoso pero lograra una mejora muy considerable. Debido a las pérdidas de potencia es que cada transformador, debe tener su factor de potencia establecido por el fabricante, para así poder ver cuál es un transformador con bajas perdidas y cual es un transformador con altas perdidas, para así poder adquirir uno de estos según las circunstancias que se necesiten.
Ciclo de histéresis Debido a que el núcleo del transformador está pertenece a los material ferromagnéticos se presentan la pérdida de potencia producida por el ciclo de histéresis. El ciclo de histéresis se puede explicar entendiendo que el núcleo del transformador se encuentra ubicado dentro del campo magnético generado por el mismo y, en consecuencia, se imanta. Pero, ocurre que la corriente aplicada al transformador es alternada y, por tanto, invierte constantemente su polaridad, variando con la misma frecuencia el sentido del campo magnético, entonces las moléculas del material que forman el núcleo deben invertir en igual forma su sentido de orientación, lo cual requiere energía, que es tomada de la fuente que suministra la alimentación; lo cual representa, una pérdida de potencia.
Flujos dispersos Como ya sabemos en el núcleo del transformador se produce un flujo magnético debido a la inducción magnética producida, dicho flujo circula por el núcleo, y en su trayecto en un transformador real este se dispersa en pequeñas cantidades dependiendo de la forma del núcleo, produciendo una pérdida de potencia, puesto que el flujo inducido no llega totalmente al segundo devanado si no que una parte de este se pierde en el trayecto. Estas pérdidas generalmente se producen en los bordes del núcleo magnético.
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3. CALCULO PARA TRANSFORMADOR TRIFASICO
Figura 1
Calcular para un transformador trifásico Y-y de una potencia de 1,2 kVA el diámetro de los conductores y el número de chapas, el espesor de estas es de 0,5 mm. Su relación de transformación será de 380/220. La chapa soportará una inducción máxima de 1,2 T. Las dimensiones de las chapas se encuentran indicadas en la figura1.
La potencia por fase será:
1200VA/3=400 VA
La corriente nominal será:
√ 12
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3.1. SOLUCIÓN 3.1.1. Calculo de las chapas magnéticas El transformador trifásico se calcula por columnas. Hay tres columnas (una por fase)
√ 25 mm = 2.5 cm 2.5 cm. x = 20
x = 8 cm = 80 mm
Si las chapas son de 0,5 mm de espesor, necesitó:
.
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3.1.2. Calculo del cobre TABLA AWG
Resistencia Resistencia Eléctrica Eléctrica AWG
Diámetro
(in)
14
Área
(mm)
(kcmil)
(mm²)
en Cobre
en Cobre
(Ω/1 km)
(Ω/1000 ft)
10
0.1019
2.588
5.26
3.2772
0.9989
11
0.0907
2.305
4.17
4.1339
1.26
12
0.0808
2.053
3.31
5.21
1.588
13
0.072
1.828
2.62
6.572
2.003
14
0.0641
1.628
2.08
8.284
2.525
15
0.0571
1.45
1.65
10.45
3.184
16
0.0508
1.291
1.31
13.18
4.016
17
0.0453
1.15
1.04
16.614
5.064
18 19
0.0403 0.0359
1.02362 0.9116
0.823 0.653
20.948 26.414
6.385 8.051
20
0.032
0.8128
0.518
33.301
10.15
21
0.0285
0.7229
0.41
41.995
12.8
22 23
0.0253 0.0226
0.6438 0.5733
0.326 0.258
52.953 66.798
16.14 20.36
24
0.0201
0.5106
0.205
84.219
25.67
25
0.0179
0.4547
0.162
106.201
32.37
26
0.0159
0.4049
0.129
133.891
40.81
27
0.0142
0.3606
0.102
168.865
51.47
28 29
0.0126 0.0113
0.3211 0.2859
0.081 0.0642
212.927 268.471
64.9 81.83
30
0.01
0.2546
0.0509
338.583
103.2
31 32
0.0089 0.008
0.2268 0.2019
0.0404 0.032
426.837 538.386
130.1 164.1
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Primario:
√ 2,5 A 1,82 A x=
0,73 mm
2
x
=
, hay que ir a la medida
normaliza de 1mm Ø, se ha escogido para el lado primario un conductor de AWG 17. (Según tabla)
Secundario:
√ 2,5 A
3,15 A
x
x=
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1,26 mm = 2
,
hay que ir a la
medida normaliza de 1,2 mm Ø, se ha escogido para el lado secundario un conductor de AWG 16 (Según Tabla)
3.1.3. CALCULO DEL NÚMERO DE VUELTAS En el primario:
√
En el secundario:
√
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PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
4. PROCEDIMIENTO DE TRABAJO a) Se compraron las chapas y fueron limpiadas con tiner para quitar residuos de grasa seca.
Figura. 1
Figura. 2
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b) Se realizó un molde en madera de acuerdo a las dimensiones que tienen
nuestras chapas para el transformador.
Figura. 3
c) Utilizando la fibra roja se armó el primer carrete en base a nuestro molde de madera.
Figura. 4. Fibra roja a utilizar
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PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
Figura. 5. Parte del carrete
Figura. 6. Carrete casi listo
Figura. 7. Carrete listo
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d) Nos aseguramos de dar correctamente la forma al carrete utilizando pegamento.
Figura. 8
e) Una vez armado el 1° carrete se procede a colocar en la rebobinadora las vueltas realizadas para el lado de baja tensión son de 490 con un alambre de cobre de calibre 16.
Figura. 9. carrete colocado en la rebobinadora
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PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
Figura. 10.
f)
Y el número de vueltas para el lado de baja tensión son 284 con un alambre de cobre de calibre 17. No olvidar que entre cada colocación de las vueltas correspondientes a cada calibre colocar el papel pescado que evitara un cortocircuito.
Figura. 11.
21
PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
Figura. 12.
g) Para iniciar con el armado del siguiente carrete se quita cuidadosamente el molde de madera del primero. Se armó los siguientes dos carretes con los mismos pasos del primero.
Figura. 13. Carrete listo
Figura. 14. Carrete listo
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h) Una vez armados los dos carretes se juntan estos quedando los alambres de un calibre para un lado y los alambres de otro calibre hacia el otro lado, para poder iniciar con la colocación de las chapas.
Figura. 15.
Figura. 16.
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Figura. 17.
Figura. 18. Aquí podemos apreciar las chapas en forma de E casi completas
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i) Las chapas en forma de E tienen que colocase a ambos lados del carrete, y son colocadas tantas de estas hasta llenar completamente el espacio que tienen los carretes carrete.
Figura. 19.
j) Una vez terminadas de colocar las chapas se procede a dar golpes logrando su uniformidad en la superficie del transformador.
Figura. 20.
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PROYECTO: “TRANSFORMADOR TRIFÁSICO”
k) Del mismo modo que las chapas en forma de E, son colocadas las chapas en forma de I. Ambas chapas formaran el núcleo.
Figura. 21.
l) De igual manera se golpean las chapas en forma de I de manera leve para igualar la superficie
Figura.22.
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m) Así queda el trasformador con todas las chapas que fueron un total de 160 en forma de E y 160 en forma de I.
Figura. 23.
n) En cada esquina del núcleo se colocó un perno tuerca y se procedió a pintar con un acrílico negro el núcleo para una mejor imagen, además se le agrego borneras que nos representan a las líneas R, S y T.
Figura. 24.
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o) TRANSFORMADOR TRIFÁSICO TERMINADO:
Figura. 25.
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5. MATERIALES Y HERRAMIENTAS
CANTIDAD
UNIDAD
MATERIALES
DESCRIPCION
4
Kg
Alambre esmaltado 200°C
INDECO
PRECIO UNITARIO S/ 180
332
U
Núcleo de hierro (chapas)
EeI
S/30
1
U
súper glue
1
U
fibra roja
S/ 20
1
U
africano
S/ 3.5
1
U
tiner
S/ 3.5
2
U
borneras
1
metros
4
U
pernos tuerca
S/ 4
1
U
Spaguetti Pvc
S/ 2
1
U
acrílico negro
S/ 7
1
U
cinta maqueasteis
S/ 3
1
U
molde de madera
S/ 10
1
U
papel pescado
S/ 4.5
1
U
bencina
S/3
S/ 4
platina (angulos )
ancho:1pulg y largo: 60cm
S/ 5
PRECIO TOTAL
29
S/6
S/ 285.5
CANTIDAD
UNIDAD
HERRAMIENTAS
1
Uni.
rebobinadora
1
Uni.
desarmador estrella
1
Uni.
alicate
1
Uni.
taladro
1
Uni.
tornillo de banco
1
Uni.
martillo
1
Uni.
desarmador plano
1
Uni.
navaja
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Alambre esmaltado 200°C Alambre de cobre electrolítico libre de oxigeno (OFHC) grado " A", de colada continua Up Cast, sección circular, impregnados con esmalte poliesterimida, para 200ºC de temperatura de servicio, alta rigidez dieléctrica, gran resistencia a solventes y a sobrecargas.
AEG 17
AWG 16
Núcleo de hierro (chapas) Chapas u hojas de metal (generalmente material ferromagnético), en lugar de hierro macizo, fundamentalmente para reducir las pérdidas del hierro.
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Fibra roja la fibra industrial roja, se encuadra como aislante dieléctrico Clase "B, es producida con varias celulosas resultando un producto de excepcionales características mecánicas y elevadas propiedades dieléctricas que satisfacen las más exigentes y variadas necesidades de las industrias electro-mecánicas.
Cemento de contacto Africano El cemento de contacto es un adhesivo base poliuretano que cura a temperatura ambiente. Para un curado acelerado se sugiere un incremento en la temperatura a 60 – 70ºC
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Tiner El diluyente también conocido como adelgazador es una mezcla de disolventes de naturaleza orgánica derivados del petróleo que ha sido diseñado para disolver, diluir o adelgazar sustancias insolubles en agua, como la pintura, los aceites y las grasas. El diluyente está compuesto por un disolvente activo, un solvente y un diluyente, sustancias que efectúan una función en particular.
Platina (ángulos ) Aplicaciones y Usos: Industrias de construcciones mecánicas, construcción de edificios, industria alimenticia, petrolera, química, farmacéutica e industrias de energías; los grados frecuentemente utilizados en industrias de alta temperaturas son 304 y 316.
Espagueti Pvc Tubo aislante de PVC flexible con resistencia térmica y mecánica, utilizada comúnmente en aislamiento eléctrico.
Papel pescado: Aislante dieléctrico de clase A elaborado con sulfato de pulpa de madera, su uso principal lo encuentra en la reparación de motores de baja tensión, también es utilizado para suajados en la industria de la impresión. (Presentación en bobinas de 600 m.m. de alto con peso aproximado de 50 kgs
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Bencina El éter de petróleo, también conocido como bencina, nafta VM & P, nafta de petróleo, nafta ASTM o ligroína, es una mezcla líquida de diversos compuestos volátiles, muy inflamables, de la serie homóloga de los hidrocarburos saturados o alcanos, y no a la serie de los éteres como erróneamente indica su nombre. Se emplea principalmente como disolvente no polar.
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