5 tipos de vehículos eléctricos

Para reducir la contaminación se han lanzado una serie de coches que han mostrado un buen rendimiento, incluyendo el eléctrico puro. A continuación te los mencionamos:

1. Microhíbridos
   Se llaman microhíbridos, porque tienen apoyo eléctrico. Son modelos con mecánicas de combustión convencionales que incluyen el sistema Start&stop de arranque y parada automática en los semáforos y atascos para reducir los consumos y emisiones en ciudad. Y para no agotar la batería convencional con tanto arranque, añaden un dispositivo que recupera la energía de los frenos para recargarla y que pueda absorber el gasto extra que exige alimentar el Start&stop. Las distintas empresas han denominado de diferente forma a esta tecnología, podemos identificarla como Efficient Dynamics en BMW, Bluemotion en VW y Start&stop o Stop&Start en Mazda.
   
   

   

   El Audi Q8 2020 es un automóvil eléctrico microhíbrido

   
   
2. Híbridos clásicos
   El coche híbrido eléctrico combina un motor, de momento de gasolina, y otro eléctrico que sirve de ayuda. Incluyen siempre el Start&stop, pero añaden unas baterías extra que se autorecargan con el motor térmico. Recupera la energía cinética de los frenos a través del alternador. Así, además de reducir el trabajo del motor convencional de gasolina, en algunos casos permiten recorrer uno o dos kilómetros sólo en modo eléctrico para no contaminar. Como ejemplos podemos mencionar al Toyota Prius y los Honda Civic Hybrid.
   
   

   

   El Toyota Prius es un vehículo híbrido de gasolina y electricidad y el modelo híbrido más vendido en el mundo

   
   
3. Híbridos enchufables
   Llevan unas baterías más grandes y potentes que permiten recorrer los primeros 20 a 40 kilómetros utilizando sólo energía eléctrica almacenada, aunque también puede utilizarse esta energía cuando entres en ciudades con ciertas prohibiciones hacia modelos de combustión (como sucede en Europa). Volvo presentó hace unas semanas el modelo V60 Plug-in Hybrid.
   
   

   

   Wolkswagen Golf híbrido enchufable, cuyas baterías pueden ser recargadas usando una fuente externa de energía eléctrica

   
   
   Ver también: 4 métodos de carga de un vehículo eléctrico
   
   
4. Eléctricos
   Se alimentan únicamente con sus baterías y no emiten ningún gas o sustancia contaminante. Se recargan en enchufes convencionales o en los de carga rápida que se están empezando a implantar en diferentes partes del mundo. El modelo que actualmente podemos ver circular en ciudades como Aguascalientes y la ciudad de México es el Nissan Leaf. También en la ciudad de México actualmente transitan 12 Mini Cooper eléctricos que BMW entregó a funcionarios, investigadores y académicos, como parte de un estudio para ver sus capacidades de movilidad y gasto de energía, entre otros puntos.
   
   

   

   El Nissan LEAF es un automóvil eléctrico lanzado en Estados Unidos y Japón en diciembre de 2010

   
   
5. Eléctricos con autonomía extendida
   Son muy parecidos a los híbridos enchufables. Pueden recorrer unos 60 kilómetros con la electricidad de sus baterías y cuando éstas se agotan, cuentan con un motor de combustión convencional. Pero a diferencia de los híbridos clásicos, este motor no mueve al coche. En realidad, actúa como un generador y aporta la electricidad necesaria para poder continuar el viaje con el motor eléctrico, aunque gastando carburante. Los Chevrolet Volt y Opel Ampera, son los pioneros de esta tecnología, que hace compatible el coche eléctrico con los viajes.
   
   

   

   El Chevrolet Volt es un vehículo eléctrico de autonomía extendida desarrollado por General Motors lanzado en Estados Unidos en diciembre de 2010

   
   

El uso eficiente de los recursos energéticos es ya un imperativo para nuestra sociedad. De ahí la importancia que toma el uso de coches eléctricos que reducen la contaminación ambiental y acústica. Cabe destacar que de nada sirve tener autos con esta tecnología si los cargamos con electricidad  proveniente de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural); es decir, los coches eléctricos  van de la mano con la evolución en la producción de energías renovables como la eólica y la solar, entre otras.

Es cierto que en nuestro país actualmente comprar un carro con esta tecnología es caro (cuando se adquiere, pero no por mantenimiento) y la oferta comercial muy poca, aunado a que no existe en todo México la infraestructura adecuada para permitir la movilidad que requieren los usuarios.

Por ello, la empresa Nissan ha declarado que se encuentran en negociaciones para que los usuarios tengan un costo preferencial del consumo de electricidad. La CFE propone instalar una toma exclusiva en los hogares de quienes tengan un Leaf para distinguir el consumo del vehículo, así como la posibilidad de acceder a cuotas preferenciales en peajes y carriles exclusivos.

De igual forma es necesario que existan incentivos por parte del Gobierno Federal, como sucede en Estados Unidos, donde este coche tiene un costo de 39 mil dólares (542, 880 pesos aproximadamente), pero se goza de un incentivo de 10 mil dólares, por lo que su precio final para el usuario es de 29 mil dólares (403, 680 pesos), más el costo-beneficio del uso de electricidad en lugar de gasolina; en México se calcula que por cada 160 km se pagarían en promedio 40 pesos de electricidad, ahorrándose un poco más de 70 pesos, puesto que para recorrer esos mismos kilómetros se requieren 112 pesos de gasolina.

Sin embargo, ya se están dando los primeros pasos y esperamos que en unos 20 años más podamos ver circular al menos el 50% de la flotilla de autos con alguna de estas tecnologías. El ambiente nos lo agradecerá.

4 métodos de carga de un vehículo eléctrico

Para recargar las baterías de un coche eléctrico es necesario conectarlo a la red eléctrica. En promedio este proceso tarda entre 4 y 8 horas para completarse (cuando se cuenta con una toma de 220V). Hoy en día se trabaja en diferentes métodos de recarga:

1. Recarga lenta en estaciones de baja potencia. La recarga se efectúa en estaciones de potencia eléctrica normal. Esta recarga tarda varias horas, por lo que durante ese periodo el consumidor puede realizar diversas actividades.
   
   
2. Lenta, doméstica y nocturna. Esta opción propone que sea el consumidor quien recargue el vehículo en su propia casa conectándolo a la red eléctrica de su hogar durante la noche. De esta forma cuando lo toma en la mañana el vehículo está ya totalmente recargado y listo para usarse.
   
   
   Ver también: 5 componentes principales de los vehículos eléctricos
   
   
3. Rápida en estaciones de alta potencia. Se plantea la instalación de estaciones especiales en las cuales las baterías de los coches eléctricos se puedan recargar en pocos minutos. Para ello se requiere intensidades eléctricas muy superiores a las habituales de la red.
   
   
4. Rápido de intercambio de baterías. Otra opción propuesta es la sustitución de las baterías en estaciones de recarga. La dinámica consistiría en que el consumidor acude a la estación con su batería con carga baja y se le sustituiría por una totalmente recargada. La batería no sería propiedad del dueño del coche, sino de las estaciones de recarga (o de la compañía que las operase).
   
   

El siguiente vídeo nos muestra todo lo que debemos saber a la hora de efectuar la recarga de un coche eléctrico:

5 componentes principales de los vehículos eléctricos

En un futuro no muy lejano será cotidiano ver circular una buena cantidad de coches eléctricos en nuestro país, cuya eficiencia y ventajas están siendo probadas en diferentes partes del mundo.

Uno de los sectores que continuamente está evolucionando es sin duda el del transporte. Las exigencias del mundo cada vez son más elevadas, por lo que se requiere rendimiento y a la par menor generación de contaminantes.

Teniendo en cuenta estos puntos surgieron los coches eléctricos actuales, aunque en realidad se tienen datos de su existencia desde mucho tiempo atrás, entre 1832 y 1839, periodo en el cual Robert Anderson inventó el primer carruaje de tracción eléctrica, con pila de energía no recargable.

Un coche eléctrico es aquel que se impulsa con la fuerza que produce un motor alimentado por electricidad. A continuación te explicamos los componentes principales del vehículo eléctrico:

1. Motor eléctrico Se encarga de transformar la energía eléctrica proveniente de las baterías. Puede tener uno o varios, dependiendo del diseño. Los motores eléctricos son sin escobillas y están alimentados totalmente por la electricidad almacenada en las baterías.
   
   
2. Baterías Es la fuente de energía del vehículo. Almacenan la energía eléctrica que va a servir para accionar el motor de manera semejante a como lo hace un depósito de gasolina. Existen diferentes tecnologías, desde las más sencillas de Plomo-Ácido (Pb-Ácido), hasta las más avanzadas de Ionlitio (Ion-Li), pasando por otras tecnologías intermedias como la de Níquel Hidruro metálico (NI-MH) o la de Níquel-Cadmio (Ni-Cd).
   
   
   Ver también: Los motores eléctricos
   
   
3. Puerto de carga Es el lugar por el que recargamos de electricidad el automóvil. Se trata de una toma exterior. Puede haber otra toma, pero de carga rápida (como un enchufe trifásico). En un principio cada marca ha creado su conexión particular aunque ya existen propuestas para estandarizar las conexiones a fin de simplificar la recarga de las baterías.
   
   
4. Transformadores Son los encargados de transformar los parámetros de la corriente eléctrica (intensidad y voltaje) desde las características que presenta la red eléctrica o un punto de recarga rápido hasta las necesarias para recargar adecuadamente las baterías. También contribuyen a la refrigeración con la que se evitan derrames y accidentes.
   
   
5. Controladores Regulan la entrada de energía a la batería y permite una recarga adecuada evitando que ésta se pueda sobrecargar y deteriorarse.
   
   

El siguiente vídeo ilustra las partes de un vehículo eléctrico:

La primer ventaja que ofrecen los motores eléctricos es un menor tamaño y peso, además de una mayor sencillez técnica (tienen menos componentes y piezas que el de combustión). Su rendimiento frente a los de combustión es más elevado.

El mantenimiento de un coche eléctrico es muy sencillo, ya que sólo deben revisarse y sustituirse los consumibles como llantas y frenos; así como realizar  chequeos preventivos para asegurarse que todo funcione adecuadamente.

Cabe mencionar que mientras que los motores de combustión transforman aproximadamente el 30% de la energía que reciben, los motores eléctricos alcanzan hasta un 80%, además ofrecen un par constante, por lo que empujan desde muy bajas revoluciones y son respetuosos con el medioambiente, ya que no emiten dióxido de carbono (CO2) ni ruidos (contaminación acústica).

Conexión de un videoportero

El videoportero es un equipo muy valioso que brinda seguridad, comodidad y eficiencia en el control del acceso a los hogares, oficinas, fábricas o cualquier otro inmueble.

Como su nombre lo indica, un videoportero cuenta con una o más cámaras de video que nos permiten identificar personas antes de darles acceso a un inmueble; se compone también de un sistema de intercomunicación por si se desea interrogar al visitante; así como de una chapa o cerradura eléctrica que se puede activar desde uno o varios puntos, en cada uno de los cuales se cuenta con un monitor para poder visualizar la imagen que toma la cámara de acceso.

Cada monitor cuenta con su propia fuente, por lo que no hay límite en el número de monitores a colocar.

En el mercado existen varios modelos y marcas, tales como Bticino, Intec, Steren, Fermax, entre otros, con precios desde los $800.00 en adelante, dependiendo de la cantidad de equipos y/o componentes a instalar. Cada modelo en general es similar y cuenta con su manual de instalación, especificaciones técnicas y diagrama de conexión.

Anteriormente explicamos el procedimiento para la instalación de un interfón, muy similar a la de un videoportero, por lo que en este caso nos enfocaremos a identificar sus componentes y diagrama de conexión del equipo.

Ver también: Frentes de calle híbridos, la solución efectiva en conjuntos residenciales

El sistema se puede ampliar colocando una telecámara o hasta tres cámaras adicionales.

En este vídeo podrás conocer el procedimiento para la Instalación del kit de interfón para audio y vídeo, modelo 315211, de la marca Bticino.

Ubicación de salidas de contactos en unidades de vivienda

Te has preguntado alguna vez ¿hasta cuántos contactos puedo instalar en la casa de mi cliente? Para dar respuesta a esta inquietud nos apoyaremos en la NOM-001-SEDE-2012, esperando que esta información te sea de gran ayuda para todas tus instalaciones futuras.

ARTÍCULO 210-CIRCUITOS DERIVADOS

C. Salidas necesarias

210-50. Disposiciones generales. Las salidas de receptáculos deben instalarse como se especifica en 210-52 a 210-60.

c) Salidas para aparatos electrodomésticos. Las salidas para receptáculos instaladas en una vivienda con aparatos electrodomésticos específicos, tales como equipo de lavandería, deben instalarse a menos de 1,8 m del lugar definido para colocar el aparato electrodoméstico.

210-52. Salidas para receptáculos en unidades de vivienda

a) Disposiciones generales. En los cuartos de cocina, sala de estar, salas, salones, bibliotecas, cuartos de estudio, solarios, comedor, recibidor, vestíbulo, biblioteca, terraza, recámara, cuarto de recreo o cualquier habitación similar en unidades de vivienda, deben instalarse salidas para receptáculos de acuerdo con las disposiciones siguientes:


1) Separación. Las salidas para receptáculos deben instalarse de modo que ningún punto a lo largo de la línea del suelo de cualquier espacio de la pared esté a más de 1,8 m, medidos horizontalmente, de una salida para receptáculo en ese espacio.

2) Espacio de pared. Para los efectos de este artículo debe entenderse "espacio de pared" lo siguiente:


a) Cualquier espacio de 60 cm o más de ancho, inclusive el espacio que se mida al doblar las esquinas y no interrumpido por aberturas de puertas, chimeneas o similares.
b) El espacio ocupado por paneles fijos en la pared, excepto los deslizantes.
c) El espacio producido por divisores de ambiente fijos tales como mostradores independientes tipo bar o barandas.

Ver también: 7 requisitos para salidas de contactos eléctricos en vivienda

Si tomamos en cuenta lo indicado en este artículo de la NOM-001-SEDE-2012 y lo proyectamos en un plano con las medidas de cada uno de los espacios, obtenemos lo siguiente:

Aproximadamente saldrán entre 4, 6 u 8 contactos por área aproximada de 12 m2, esto dependerá de las áreas particulares. Lo siguiente es multiplicarlo por la cantidad de espacios, si tomamos los mencionados por la NOM-001-SEDE-2012 nos da un total de 14 áreas por 8 contactos igual a 112 contactos. No te espantes, recuerda que no todos los utilizarás al mismo tiempo, pero debemos de considerar cargas a futuro, como por ejemplo para eventos familiares, Navidad, posadas o dicho de otra forma “El maratón Guadalupe-Reyes”, un cumpleaños, un aniversario o simplemente cuando quieras conectar un equipo nuevo o tu celular.

Debemos tomar en cuenta que con este concepto de la NOM-001-SEDE-2012, lo que se pretende es utilizar al mínimo las extensiones, que como su nombre lo indica es “extender el contacto a donde lo requieres provisionalmente y después retirarlo para utilizar en otra ocasión”, las extensiones no deben ser permanentes.

Para áreas especiales la NOM-001-SEDE-2012 nos indica lo siguiente:

c) Receptáculos en mostradores y barras de cocina. En las cocinas, cuartos de baño y comedores de las unidades de vivienda, los receptáculos no deben instalarse con la cara hacia arriba en las superficies de trabajo. Además, los receptáculos no deben instalarse a más de 50 cm arriba del mostrador.

e) Áreas de lavandería. En unidades de vivienda debe instalarse por lo menos un receptáculo para el área de lavandería. Se tiene que instalar un circuito derivado independiente de 20A para salida del receptáculo.

El siguiente vídeo muestra un ejemplo de ubicación de las salidas de contactos:

4 tipos de electrodos permitidos en un sistema de puesta a tierra

Una vez conocidos algunos métodos de medición y parámetros del suelo donde pretendemos instalar el sistema de tierra, ha llegado el momento de conocer los tipos de electrodos que menciona la NOM-001-SEDE-2012.

Es muy importante tomar en cuenta que por norma, los electrodos de puesta a tierra de los sistemas eléctricos deben estar accesibles y preferiblemente en la misma zona del puente de principal de unión del sistema, tal como se menciona en el artículo 250-26(c).

De acuerdo con el artículo 250-80 de la Norma Oficial Mexicana, el sistema de electrodos de puesta a tierra se forma interconectando los siguientes tipos de electrodos siempre que existan:

• Tubería metálica de agua enterrada
• Estructura metálica del inmueble
• Electrodo empotrado en concreto
• Anillo de tierra

En caso de no disponer de alguno de los anteriores, se deben usar uno o más de los electrodos especialmente construidos:

• Electrodos de varilla o tubería
• Electrodos de placa
• Otras estructuras o sistemas metálicos subterráneos cercanos

A continuación te presentamos los electrodos de tierra permitidos:

Tuberías metálicas de agua enterradas

Para que una tubería de agua pueda usarse como electrodo de puesta a tierra debe reunir los siguientes requisitos:


1. Por lo menos tener 3 m en contacto directo con la tierra
   
2. Eléctricamente continua hasta el punto de conexión, puenteando el medidor del agua, si está colocado en una posición intermedia
   
   
La única desventaja de su uso es que debe complementarse con un electrodo adicional, de cualquiera de los tipos mencionados anteriormente.

Sin embargo, la American Water Works Association está pugnando por eliminar las tuberías de agua como electrodos principales, ya que con el uso cada vez mayor de equipos electrónicos la corriente de fuga a tierra es en parte corriente continua, lo que provoca corrosión galvánica en las tuberías.

Es importante no confundir este tipo de electrodo con el requerimiento, casi siempre olvidado, del artículo 250-80(a) de la Norma Oficial Mexicana, de conectar los sistemas interiores de tuberías para agua al puente de unión principal o a los electrodos de puesta a tierra, de acuerdo con la tabla 250-94 de la misma norma, con el fin de igualar potenciales en caso de una falla.


Ver también: ¿Cuándo se requiere conexión a tierra en los sistemas eléctricos?



Estructura metálica del edificio

La estructura metálica de los edificios puede ser usada siempre que esté bien puesta a tierra, esto es que su impedancia a tierra sea baja, para lograr esto se deben unir las columnas a las partes metálicas de la cimentación con conductores, según los calibres de los conductores de puesta a tierra de la norma, y en caso de haber sellos formados por películas plásticas se tienen que puentear.





La estructura metálica de los edificios puede ser usada siempre que esté bien puesta a tierra




Electrodos empotrados en concreto

Los electrodos empotrados en concreto se logran utilizando en las estructuras nuevas el acero del concreto armado como electrodo principal, siempre y cuando la cimentación haya sido diseñada para este fin con los cables de tierra adecuados y conectados a las varillas.

El artículo 250-81(c) de la NOM-001-SEDE vigente, dice que deben de constar por lo menos de 6 metros de una o más varillas de acero desnudo o galvanizado o revestido de cualquier otro recubrimiento eléctricamente conductor, no menor a 13 mm de diámetro, localizadas en y cerca del fondo de un cimiento o zapata y, empotradas al menos 50 mm en el concreto.

El concreto tiene una estructura química ligeramente alcalina e higroscópica. La combinación de estas características provee iones libres que permiten al concreto exhibir una resistividad consistentemente de unos 30 ohm-m. Los electrodos de concreto tienen una resistencia a tierra menor o igual que las varillas de tierra de un tamaño comparable, siempre que estén en contacto con suelos con resistividad de 50 ohm-m o menor.

Algunas pruebas indican que la resistencia típica a tierra de una base para columna de anclaje medida en los pernos es de alrededor de 50 ohms, sin usar métodos especiales. De ahí que la resistencia efectiva de un edificio de estructura metálica con veintitantas columnas en paralelo es de menos de 5 ohms, siempre y cuando se asegure que la estructura esté conectada a las varillas. Para ello, se suelda por métodos de fusión un cable de acero a las varillas, mismo que se conectará a su respectiva columna.

En los lugares donde es posible que caigan descargas atmosféricas en el sistema de tierras con electrodos de concreto, éstos deben complementarse con electrodos de otro tipo, para que las grandes corrientes debidas a esas descargas no causen ningún daño por fractura al evaporar muy rápidamente el agua presente en el concreto.



Anillos de tierra

Un anillo de tierra consiste en un conductor de cobre desnudo, de sección transversal no menor al calibre 2 AWG (por resistencia mecánica) y de longitud no menor a 6 m enterrado a una profundidad de 800 mm y, que rodee al edificio o estructura.

Estos anillos de tierras se emplean frecuentemente circundando una fábrica o un sitio de comunicaciones o de cómputo, para proveer un plano equipotencial para edificios y equipos.

El siguiente vídeo explica los diferentes tipos de electrodos de puesta a tierra que pueden ser utilizados en una instalación eléctrica cumpliendo la NOM-001-SEDE vigente:

Los motores eléctricos

El motor eléctrico es una de las máquinas de mayor uso tanto en la industria como en el hogar, basta
con pensar en los electrodomésticos que a diario utilizamos como la licuadora o el horno de microondas.

El principio de operación del motor eléctrico se le atribuye a Christian Oersted, quien comprobó que cuando hacía circular una corriente eléctrica por una espira (hecha con un conductor eléctrico) alrededor de una brújula, la aguja imantada de ésta se movía, exponiendo así la relación que había entre la electricidad y el magnetismo.

Por lo tanto, si se hace pasar corriente por varias espiras y en su interior se coloca un imán es posible hacer girar un eje, de esta forma se concibe un motor eléctrico sencillo que incluso en nuestra educación primaria nos dimos a la tarea de realizar con alambre magneto, un par de clips, imanes y una batería. Debido a que el eje se mueve al interactuar los campos generados por las espiras de alambre, alimentadas por una batería y el campo del imán, se logra la transformación de energía eléctrica en energía mecánica.

La forma en como operan los motores eléctricos es cuando un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de un campo magnético, por ejemplo el de un imán, el conductor se desplaza perpendicularmente al campo magnético, es decir tiene un movimiento. Si el campo magnético es horizontal el conductor sube o baja, dependiendo del sentido de la corriente por el conductor. Si en lugar de un conductor tenemos una espira por la que circula corriente, un lado de la espira sube y el otro baja, ya que por un lado la corriente entra y por el otro sale, produciéndose de esta forma el giro de la espira, tal como se muestra en la siguiente figura.

En pocas palabras, el funcionamiento del motor eléctrico se basa en las fuerzas de atracción y repulsión establecidas entre un imán y una espira hecha de conductor eléctrico, a través del cual hacemos circular una corriente eléctrica para obtener un movimiento en un eje dispuesto.

El siguiente vídeo ilustra el funcionamiento de los motores de corriente alterna:

Los motores eléctricos que se utilizan hoy en día tienen muchas espiras llamadas bobinas en el rotor (que es la parte giratoria del motor) y un imán grande llamado estator o campo, colocado en la parte fija del motor (alrededor del rotor).

Atendiendo al tipo de corriente utilizada para su alimentación, los motores se clasifican en:

• Motores de corriente continua
  
  • De excitación independiente
    
  • De excitación serie
    
  • De excitación (shunt) o derivación
    
  • De excitación compuesta (compound)
    
    
• Motores de corriente alterna
  
  • Motores síncronos
    
  • Motores asíncronos:
    
  • Monofásicos
    
  • De bobinado auxiliar
    
  • De espira en cortocircuito
    
  • Universal
    
  • Trifásicos
    
  • De rotor bobinado
    
  • De rotor en cortocircuito (jaula de ardilla)
    
    

Todos los motores de corriente continua así como los síncronos de corriente alterna, incluidos en la clasificación anterior, tienen una utilización y unas aplicaciones muy específicas.

Los motores asíncronos de corriente alterna , tanto monofásicos como trifásicos, son los que tienen una aplicación más generalizada gracias a su facilidad de utilización, poco mantenimiento y bajo coste de fabricación. Por ello de momento nos centraremos en la constitución, el funcionamiento y la puesta en marcha de los motores asíncronos también conocidos como de inducción.

La velocidad de sincronismo de los motores eléctricos de corriente alterna viene definida por la expresión:

n=60f /p

donde:
n son las revoluciones por minuto
f es la frecuencia de la red
p es el número de pares de polos del motor

Ver también: 9 consejos para mejorar el rendimiento de los motores eléctricos

Se da el nombre de motor asíncrono al motor de corriente alterna cuya parte móvil gira a una velocidad distinta a la de sincronismo.

Aunque a frecuencia nominal la velocidad es fija para un determinado motor, hoy en día se recurre a variadores de frecuencia para regular la velocidad de estos motores, de ello hablaremos posteriormente.

Los motores en la actualidad son de construcción distinta a lo que se mencionó al inicio, sin embargo el principio de operación es básicamente el mismo. Es decir, un motor eléctrico está constituido por un circuito magnético y dos eléctricos, uno colocado en la parte fija conocida como estator (o campo) y otro en la parte móvil (o rotor).

El circuito magnético está formado por chapas apiladas en forma de cilindro en el rotor y en forma de anillo en el estator.

El cilindro se introduce en el interior del anillo y, para que pueda girar libremente, hay que dotarlo de un entrehierro constante. Va adosado al eje del motor y puede estar ranurado en su superficie para colocar el bobinado inducido (motores de rotor bobinado) o bien se le incorporan conductores de gran sección soldados a anillos del mismo material en los extremos del cilindro (motores de rotor en cortocircuito) similar a una jaula de ardilla.

El anillo se compone de ranuras en su parte interior para colocar el bobinado inductor y se envuelve exteriormente por una pieza metálica con soporte llamada carcasa.

El eje se apoya en unos rodamientos de acero para evitar rozamientos; y se saca al exterior para transmitir el movimiento, y lleva acoplado un ventilador para refrigeración. Los extremos de los bobinados se sacan al exterior y se conectan a la placa de bornes.

El campo magnético creado por un bobinado trifásico alimentado por corriente alterna es de valor constante pero giratorio y a la velocidad de sincronismo. Este fenómeno se puede comprobar con el estudio de las posiciones que va ocupando la resultante del flujo, atendiendo a los sentidos de corriente que van tomando los conductores en el bobinado. Esto lo podemos apreciar mejor en la siguiente imagen:

El motor puede operar de forma invertida, es decir cuando se mueve el eje y obtenemos una diferencia de potencial o tensión eléctrica en sus terminales, en este caso se le conoce como generador eléctrico.

En el instante 0, la fase A tiene valor cero, la fase B tiene valor negativo, por lo que la corriente circula desde B2 hasta B1, y la fase C tiene valor positivo, entonces la corriente circula desde C1 hasta C2. En el bobinado se crea una bobina ficticia y en este instante la resultante del flujo se sitúa entre las ranuras 7 y 8. El signo positivo representa que la corriente entra en el plano y el signo negativo que sale del plano.

El ciclo de la corriente se divide en seis partes iguales pasando ahora al instante 1, donde vemos que la fase A tiene valor positivo, la fase B sigue teniendo valor negativo y la fase C tiene valor positivo.

En este instante la resultante del flujo se sitúa entre las ranuras 9 y 10, con lo que ha avanzado un sexto de la circunferencia en el tiempo que ha transcurrido desde el instante 0 al 1. Si vamos aplicándolo sucesivamente a los demás instantes, podemos ver que de uno a otro siempre avanza un sexto de vuelta igual que el tiempo que transcurre de un instante a otro el periodo de la corriente, lo que nos indica que el flujo es giratorio y su velocidad coincide con la velocidad del sistema de corriente alterna.

El funcionamiento del motor asíncrono o de inducción se basa en la acción del flujo giratorio generado en el circuito del estator sobre las corrientes inducidas por dicho flujo en el circuito del rotor. El flujo giratorio creado por el bobinado del estator corta los conductores del rotor, por lo que se generan fuerzas electromotrices inducidas. Suponiendo cerrado el bobinado del rotor, es de entender que sus conductores serán recorridos por corrientes eléctricas. La acción mutua del flujo
giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor originan fuerzas electrodinámicas sobre los propios conductores que arrastran al rotor haciéndolo girar.

La velocidad de rotación del rotor en los motores asíncronos de inducción es siempre inferior a la velocidad de sincronismo, es decir la velocidad del flujo giratorio. Para que se genere una fuerza electromotriz en los conductores del rotor debe existir un movimiento relativo entre los conductores y el flujo giratorio. A la diferencia entre la velocidad del flujo giratorio y del rotor se le llama deslizamiento.

La velocidad de estos motores, según el principio de funcionamiento y la frecuencia, tiene que ser una velocidad fija, algo menor que la de sincronismo. Gracias a los avances en la electrónica de potencia, actualmente se fabrican arrancadores estáticos que pueden regular la velocidad de estos  motores actuando sobre la frecuencia de la alimentación del motor, es decir, convierten la frecuencia de la red en una distinta que se aplica al motor. De ahí que reciban el nombre de convertidores de frecuencia, pudiendo regular la velocidad, amortiguar el arranque e incluso frenarlo.

6 consejos para la instalación de protecciones en las instalaciones eléctricas residenciales

En toda instalación eléctrica es fundamental contar con las protecciones adecuadas que reduzcan la probabilidad de presentarse un incendio por una falla al interior de la misma.

Las instalaciones eléctricas residenciales, comercial o industrial, se divide en secciones denominadas Circuitos Eléctricos. Una manera fácil y rápida de darnos cuenta de la cantidad de circuitos es observando el o los centros de cargas y contabilizando la cantidad de interruptores automáticos o ITM's (Interruptores Termomagnéticos, conocidos también como breackers), correspondiendo cada ITM a  un circuito.

Se le llama protección eléctrica a todos los elementos que tienen por objeto abrir o interrumpir el flujo de corriente en un circuito en caso de que la corriente sobrepase los valores seguros, dependiendo de los conductores y la carga a la que alimentan. Las 2 protecciones básicas con las que debe contar una instalación eléctrica son el interruptor principal y los interruptores de los circuitos derivados.

El interruptor principal forma parte de la preparación para recibir el servicio de energía eléctrica, y  tiene la función de proteger el circuito de alimentación de la vivienda, es decir, protege únicamente a los cables de acometida que bajan desde el poste y llegan al centro de carga. Por tanto, su capacidad debe corresponder a la capacidad nominal de estos conductores, generalmente de 40 A.

Antiguamente, para los interruptores principales se utilizaban fusibles, colocados dentro de cartuchos. Los fusibles reciben este nombre por su característica de fundirse o convertirse en líquido en las secciones más delgadas al calentarse excesivamente como consecuencia del paso de una corriente eléctrica elevada, interrumpiendo el paso de la corriente de forma casi inmediata. De acuerdo a las especificaciones técnicas de CFE, los fusibles ya no se permiten en preparaciones nuevas, pero aun existes muchas preparaciones antiguas que cuentan con este tipo de protección.

De no contar con fusibles o alguna otra protección, al existir una sobrecarga o consumo excesivo de corriente (casi siempre debido a un cortocircuito o una falla a tierra) los conductores eléctricos se quemarían y las cargas conectadas se dañarían, además de presentarse otras consecuencias tales como daños al personal, incendios, producción de humo, daños a la instalación, interrupción del servicio, etcétera.

Ver también: Verificación de los interruptores de circuitos

En el centro de carga al interior de la vivienda o edificio, los ITM´s son los elementos de protección individual de cada circuito, y su funcionamiento o disparo se activa por calentamiento (termo) y/o por exceso de corriente que a su vez produce un campo magnético excesivo capaz de producir el disparo del interruptor, ocasionando que la corriente del circuito se interrumpa. Su ventaja es que se puede restablecer manualmente después de corregirse la falla que motivó su disparo, mientras que los fusibles requieren sustituirse por otros nuevos, con la consecuente pérdida de tiempo y trabajo de efectuar el reemplazo. Cada ITM puede proteger el cableado de diferentes cargas, ya sea lámparas, contactos o cargas específicas de alto consumo como motores, lavadoras, hornos, etcétera, considerando no sobrepasar los 1500VA por circuito derivado que indica la NOM-001-SEDE-2012 vigente.

El siguiente vídeo muestra el funcionamiento y las partes internas de un interruptor termomagnético:

Las protecciones eléctricas deben ser correctamente seleccionadas de acuerdo a las especificaciones de los fabricantes y de la normatividad vigente.

A continuación te presentamos 5 consejos para la instalación de protecciones en las instalaciones eléctricas residenciales:

1. En caso de que requieras instalar contactos en lugares expuestos a la intemperie, se recomienda instalar contactos con tapa a prueba de intemperie, para evitar fallas.
   
   
2. No mezcles circuitos de contactos con circuitos de iluminación, ya que al producirse un corto o sobrecarga en algún contacto el ITM se activará y nos dejará sin iluminación, lo que es desagradable.
   
   
3. Conviene dejar por lo menos un circuito exclusivo para la iluminación exterior, ya que por estar más expuesta a la intemperie, y sobre todo a la humedad, tiene mayor probabilidad de sufrir falla por cortocircuito, y en caso de que se active la protección sólo se interrumpiría la energía de este circuito, sin afectar al resto de la instalación.
   
   
4. Considere la cantidad suficiente de circuitos para evitar sobrecargas y el frecuente disparo de protecciones, con las molestias que ello implica.
   
   
5. Los materiales y accesorios deben ser de marcas reconocidas y probadas, que cumplan con las especificaciones y normas vigentes, de lo contrario no se garantiza el buen funcionamiento de la instalación. Puede salir muy caro ahorrarse unos pesos utilizando materiales de dudosa calidad.
   
   
6. Manténgase bien informado y capacitado sobre nuevos productos, consultando cada edición de nuestra revista; tomando los cursos de actualización que ofrecen tanto los fabricantes como algunos Centros de Capacitación; así como consultando los catálogos de los fabricantes de prestigio.

El lado positivo de la basura

Aunque cada vez se difunde más la cultura del reciclaje, lo cierto es que dejar de producir residuos es casi imposible. Entonces: ¿qué haremos con la basura? La clave está en encontrarle el lado positivo a los rellenos sanitarios que existen en el país y generar con ellos electricidad.

Cada habitante en México genera un kilo y medio de basura diario, lo que representa casi 40 millones de toneladas de residuos sólidos urbanos al año. Tan sólo con la basura acumulada hasta el año 2003, se podrían generar 400 MW de electricidad, según el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE).

¿Sabes cómo se puede convertir la basura en energía eléctrica? Mira el siguiente vídeo:

Actualmente más de la mitad de esta basura va a parar a los rellenos sanitarios municipales. Para poder producir energía en su interior se requiere de un manejo adecuado de los residuos y de implantar tecnología, evitando así que el metano que expide la basura en descomposición llegue a la atmósfera y contamine.

Ver también: La Co-combustión de Biomasa y combustibles fósiles

El metano es el principal componente del biogás, biocombustible que sirve para producir electricidad: un m3 de biogás equivale a medio m3 de gas natural, es decir, 5 kw/h.

Por lo anterior, los municipios son los que pueden beneficiarse directamente de este proceso al obtener electricidad que puede servir, por ejemplo, para el alumbrado público. Sin embargo, hasta ahora la mayoría no ha implementado esta solución por falta de información principalmente.

De acuerdo al Instituto de Investigaciones Eléctricas, existen una serie de factores que han impedido aprovechar en nuestro país los rellenos sanitarios para la producción de electricidad. El primero de ellos es que los tiempos de gestión de los gobiernos municipales son muy cortos, y al ser ellos los principales actores dejan a un lado el proyecto principalmente por los recursos monetarios que se requieren.

También encontramos como barreras la falta de leyes de protección al medio ambiente en materia de emisiones de rellenos sanitarios; desconocimiento de las oportunidades y beneficios de la generación eléctrica con el biogás; así como poca claridad en los esquemas de asociación entre los municipios y los inversionistas privados para formar sociedades de autogeneración, aunado a la falta de incentivos para propiciar su asociación.

De igual forma señalan como impedimento la información limitada sobre la cantidad y características de los rellenos sanitarios y sitios de disposición final en nuestro país; resistencia de empresas concesionarias que operan los rellenos sanitarios; complicada tramitología para formalización de los proyectos; y falta de un programa oficial que facilite su implantación.

En México ya hay casos de municipios que usan sus rellenos sanitarios para generar electricidad. El primero de ellos no sólo en el país sino en Latinoamérica fue el de Salinas Victoria, Nuevo León, que actualmente tiene una capacidad de generación de energía de 12.72 MW (al día de hoy ha generado aproximadamente 400,000 MWh de electricidad), la cual se utiliza para el alumbrado público de la ciudad de Monterrey y su área conurbada, y especialmente para el Metro. En este proyecto participan tanto el gobierno del Estado como el sector privado.

La energía que se produce en el relleno sanitario de Salinas Victoria, Nuevo León equivale a la que consumirían cerca de 34 mil casas de interés social.

Pero además de esto, se encuentra el beneficio ambiental, pues desde que se produce biogás en este relleno sanitario (2003) se han evitado cerca de 85 mil toneladas de emisiones de metano a la atmósfera, es decir más de un millón 800 mil toneladas de dióxido de carbono.

Esto es lo que se busca hacer precisamente en el Bordo Poniente del Distrito Federal, pero se debería aplicar a los más de 180 rellenos sanitarios que existen en el país.

5 pasos para el cálculo y selección de tableros de alumbrado y control

Una adecuada selección de tableros de alumbrado y control brinda seguridad tanto a los aparatos eléctricos de una vivienda como a sus habitantes.

En un tablero eléctrico se concentran los dispositivos de protección y de maniobra de los circuitos eléctricos derivados de la instalación. En el caso de las instalaciones eléctricas residenciales, este tablero generalmente consiste en una caja en cuyo interior se montan los interruptores automáticos respectivos.

El siguiente vídeo nos muestra algunas características de los tableros de alumbrado:

Los tableros de alumbrado y control deben cumplir con los siguientes objetivos:

• Distribuir la energía eléctrica por medio de circuitos derivados.
• Mantener uniformidad de carga por áreas.
• Protección al operador del contacto accidental con partes vivas.
• Protección del equipo y conductores a través de interruptores termomagnéticos.
• Protección del cableado de los circuitos derivados.
• Proporcionar una estructura en pared para el montaje de dispositivos de protección de circuitos derivados.

Para lograr una instalación eléctrica segura, se debe contar con dispositivos de protección que actúen en el momento en el que se produce una falla (cortocircuito, sobrecarga o falla de aislamiento) en algún punto del circuito. De esta forma se evita tanto el riesgo para las personas de sufrir "accidentes eléctricos", como el sobrecalentamiento de los conductores y equipos eléctricos, previniendo así daño en el material y posibles causas de incendio.

A la hora de diseñar la instalación eléctrica, es recomendable distribuir las cargas en varios "circuitos", ya que ante eventuales fallas (operación de protecciones) se interrumpe solamente el circuito respectivo sin perjudicar la continuidad de servicio en el resto de la instalación. Por ejemplo, en una casa se recomienda instalar al menos cuatro circuitos, uno exclusivo para iluminación, otro para receptáculos de uso general y dos para receptáculos especiales en la cocina y lavadero.

Ver también: Características de los centros de carga e interruptores automáticos para vivienda

Para poder entender lo anteriormente expuesto, realicemos un cálculo de selección de un tablero de alumbrado:

Se requiere un tablero de alumbrado con interruptor principal, para instalarse en un sistema trifásico a 220 Vc.a. El tablero será empotrado en el cubo de las escaleras de un edificio de oficinas, considerando un factor de utilización de 0.8.

Los interruptores necesarios para proteger los circuitos siguientes son:

7 Interruptores QO de 1Ø, 15 A.
2 Interruptores QO de 3Ø, 30 A.
1 Interruptor QO de 3Ø, 40 A.
2 Interruptores QO de 1Ø, 30 A.
1 Interruptor QO de 2Ø, 15 A.

Con base en esta información, vamos a determinar los polos o circuitos totales para seleccionar el tablero adecuado.

Sigue estos sencillos pasos para seleccionar el tablero:

Paso 1
En la tabla de la oferta de tableros de alumbrado trifásicos (Fig. 2), encontramos interruptor principal de 100 A ó 225 A, por lo cual se toma aquel que no esté sobrepasado en capacidad, es decir 225 A.

Paso 2
Posteriormente seleccionaremos el número de polos, para lo cual elegimos la dimensión siguiente a nuestro análisis que fue de 20 polos. Entonces, el que cubre nuestra expectativa es el de 30 polos, porque nos permitirá tener espacio disponible para adiciones futuras.

Paso 3
Seleccionar el número de catálogo del interior + caja + frente: NQ430L2C + MH44M + NC44F (considerando tipo sobreponer).

Paso 4
Elegir el kit de interruptor principal NQMB2HJ.

Paso 5
Determinar el interruptor adecuado para proteger este tablero JDL36225

Nota: Por experiencia propia, es recomendable pedir los tableros por partes con tu distribuidor de confianza y marcar las fechas de entrega de cada pieza (caja, interior, interruptor principal, número de circuitos derivados y, por último, el frente), mismas que utilizarás de acuerdo con los avances de obra. Esto es más que nada para evitar el vandalismo y que el material esté mucho tiempo almacenado en la bodega. Si tomamos esta recomendación al pie de la letra, podemos entregar los gabinetes montados en tiempo y forma, pero lo más importante: completos.

La Co-combustión de Biomasa y combustibles fósiles

Hoy es posible aprovechar las carboeléctricas existentes en México y las que se construyan en un futuro para generar un importante porcentaje de energía limpia y reducir los Gases de Efecto Invernadero. ¿Cómo? Utilizando la biomasa. Con esta opción además se crearía un importante  número de empleos y ahorrarían recursos monetarios por importación de carbón. Al sustituir el carbón por biomasa se logra producir una cantidad considerable de energía eléctrica con combustible renovable.

La energía eléctrica en su mayor parte se "produce" con combustibles fósiles como el petróleo y el carbón. Sin embargo, en los últimos años se ha venido implementando un conjunto de nuevas tecnologías que utilizan biomasa como combustible. La biomasa es cualquier material orgánico, terrestre o acuático, con origen inmediato en un proceso biológico, que puede ser utilizado para la producción de energéticos, materias primas y bienes de consumo. Ejemplos de biomasa son cultivos como la caña de azúcar, maíz, trigo, sorgo, papa; residuos orgánicos como bagazo de agave, periódico, residuos sólidos municipales, estiércol, aserrín, etcétera.

Instalar plantas que utilicen la biomasa como único combustible para generar energía eléctrica es costoso, de ahí que una opción es combinar los biocombustibles sólidos con los combustibles fósiles como el carbón. A este proceso se le llama co-combustión, misma que la Agencia Internacional de Energía (IEA) define como “la sustitución parcial de carbón mineral por biomasa o residuos en una caldera de usina (planta) eléctrica”.

A fines de los años 80 se iniciaron experiencias de co-combustión de biomasa con carbón mineral en plantas eléctricas. Hoy, esta tecnología se usa ampliamente en Europa, y hay por lo menos 234 instalaciones donde se probó o utiliza para reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) y otros gases contaminantes como óxidos de nitrógeno [NOx] y dióxido de azufre [SO2] hasta en un 40% y aprovechando al mismo tiempo la alta eficiencia de las grandes plantas eléctricas a carbón.

En México existen tres centrales carboeléctricas, las cuales emiten 20.8 millones de toneladas de dióxido de carbono al año. Implementar la co-combustión de biomasa en esas plantas ayudaría al medio ambiente reduciendo las emisiones de GEI así como los riesgos asociados al calentamiento global y al cambio climático.

Además de biomasa nativa (la que se produce sin intervención humana) o cultivada (producida por plantaciones), hay una amplia gama de residuos de operaciones agrícolas, forestales y agroindustriales que pueden ser utilizados en la co-combustión. Estas distintas biomasas tienen propiedades muy diferentes en cuanto a contenido de humedad, cenizas, tamaño y fibrosidad, las que afectan mucho su densidad energética, facilidad de molienda y temperatura de combustión. La composición de las cenizas es importante, ya que la presencia de cloruros de metales alcalinos -potasio (K) sodio (Na)- puede generar problemas de cenizas fundentes (que facilita la fusión), volátiles o líquidas, que se depositan en las superficies de intercambio de las calderas. Al implementar la co-combustión se modifica la composición de las cenizas por la mezcla de carbón y biomasa, por lo cual los sistemas de separación y limpieza de cenizas de las calderas deben ser adaptados.

Estos son algunos de los diferentes tipos de biomasas:

• Maderas en trozos, astillas, aserrín, cortezas o pellets;
• Bagazos de caña, de maguey, de coco, de palma aceitera;
• Pajas y tallos herbáceos de cultivos de cereales, granos, oleaginosas, etc.;
• Cáscaras y huesos de frutas como girasol, cacahuate, nueces, mango, etc.

Maderas en trozos

Aserrín.

Además, la biomasa sirve para producir biocombustibles como el etanol y el biodiesel, mismos que pueden sustituir a la gasolina; igualmente se procesa para obtener biogás, el que se utiliza como fuente de iluminación, para cocinar o para generar electricidad en plantas pequeñas.

Ver también: Cambio climático y ahorro de energía

La co-combustión puede implementarse con distintas opciones (*):

1. Co-combustión directa.
Se llama así, pues la biomasa se adiciona directamente al carbón mineral antes de entrar a los molinos. Esta mezcla pulverizada alimenta a los quemadores convencionales ya existentes en la caldera. También se puede procesar independientemente la biomasa, para ello sería necesario invertir en instalaciones dedicadas para el manejo del biocombustible, distintas de las del carbón.




2. Co-combustión indirecta.
Es necesario modificar algunas de las calderas de la planta eléctrica para quemar sólo biomasa, con una tecnología apropiada al tipo de biomasa disponible y al diseño original de la caldera. El resto de las calderas se mantienen operando sólo con carbón. De igual forma se puede gasificar la biomasa para quemarla en un combustor adicional en una caldera de carbón.

Las tecnologías de co-combustión son técnicamente maduras y comerciales a nivel mundial. Por ahora, no se utilizan en México, donde como ya se mencionó sólo hay tres centrales carboeléctricas en operación que usan una mezcla de carbón nacional e importado. A futuro, es posible el ingreso de nuevas plantas carboeléctricas al Sistema Eléctrico Nacional, a medida que la demanda de potencia y la salida de servicio de otras plantas lo hagan necesario. ¿Será viable aplicar la cocombustión de biomasa en las plantas ya existentes o en las nuevas carboeléctricas a instalar en el futuro?

La respuesta es sí. En primer lugar, porque la co-combustión de biomasa en grandes plantas eléctricas a carbón permite lograr altas eficiencias y ahorros de combustible importantes en comparación con plantas independientes de biomasa. Por eso, es una de las opciones más realistas y eficaces para aumentar la contribución de fuentes renovables en el balance energético nacional y poder reducir así las emisiones de Gases de Efecto Invernadero. Además, la tecnología es comercial, está disponible y puede ser incluida en el diseño de cualquier nueva planta a carbón.

Para usarla en nuevas plantas, la tecnología de co-combustión deberá ser flexible, porque no existe todavía un mercado internacional de biocombustibles parecido al del carbón y porque los recursos de biomasa disponibles a lo largo y lo ancho de México son bastante diferentes. Así, la tecnología seleccionada deberá poder utilizar un rango amplio de biomasas de diferente tipo y origen, para poder aprovechar las que sean más abundantes, cercanas y de bajo costo.

En realidad, no son muchos los problemas a resolver:

1. Asegurar el abastecimiento de biomasa de calidad adecuada (bajo contenido de cenizas, baja humedad) en cantidad suficiente y a costo competitivo con el carbón importado.
   
2. Desarrollar redes de proveedores de biomasa sustentable.
   
3. Adecuar los sistemas de separación de cenizas.
   
4. Ensayar alternativas como molienda conjunta, molienda e inyección, independientes, gasificación, para mejor adecuación a las instalaciones existentes.
   
5. Encontrar esquemas de compensación o pago por emisiones evitadas de GEI.
   
   

Resolviendo los puntos anteriores, creemos que la co-combustión en carboeléctricas mexicanas podría ahorrar muchos millones de dólares en importaciones de carbón, crear gran cantidad de empleos en el campo, y reducir las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera. Una posibilidad  que debería ser bienvenida para todos los mexicanos y que merece un análisis y consideración cuidadosas.

Las emisiones de gases contaminantes se han acelerado en los últimos años y con ello el cambio climático, por lo que poco a poco se registran climas más extremosos o fenómenos climáticos inusuales.

* Cremers, MFG (2009) IEA Bioenergy Task 32. Deliverable 4. Technical status of biomass co-firing.