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• Milagros Aquino Chavez

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UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO FACULTAD CIENCIAS DEL AMBIENTE. ESCUELA DE INGENIERÍA SANITARIA.

TEMA: Motores y Condensadores. CURSO:  Física 3 DOCENTE:  Ing. CABRERA SALVATIERRA, Eduardo

ALUMNOS:  AQUINO CHAVEZ Yulisa milagros

Huaraz -2017

INTRODUCCION Los Motores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. Dos principios físicos relacionados entre sí sirven de base al funcionamiento de los generadores y de los motores. El primero es el principio de la inducción descubierto por el científico e inventor británico Michael Faraday en 1831. Si un conductor se mueve a través de un campo magnético, o si está situado en las proximidades de un circuito de conducción fijo cuya intensidad puede variar, se establece o se induce una corriente en el conductor. El principio opuesto a éste fue observado en 1820 por el físico francés André Marie Ampère. Si una corriente pasaba a través de un conductor dentro de un campo magnético, éste ejercía una fuerza mecánica sobre el conductor. La máquina dinamoeléctrica más sencilla es la dinamo de disco desarrollada por Faraday, que consiste en un disco de cobre que se monta de tal forma que la parte del disco que se encuentra entre el centro y el borde quede situada entre los polos de un imán de herradura. Cuando el disco gira, se induce una corriente entre el centro del disco y su borde debido a la acción del campo del imán. El disco puede fabricarse para funcionar como un motor mediante la aplicación de un voltaje entre el borde y el centro del disco, lo que hace que el disco gire gracias a la fuerza producida por la reacción magnética. El campo magnético de un imán permanente es lo suficientemente fuerte como para hacer funcionar una sola dinamo pequeña o motor. Por ello, los electroimanes se emplean en máquinas grandes. Tanto los motores como los generadores tienen dos unidades básicas: el campo magnético, que es el electroimán con sus bobinas, y la armadura, que es la estructura que sostiene los conductores que cortan el campo magnético y transporta la corriente inducida en un generador, o la corriente de excitación en el caso del motor. La armadura es por lo general un núcleo de hierro dulce laminado, alrededor del cual se enrollan en bobinas los cables conductores.

MOTORES Los motores son artefactos cuyo propósito principal es brindar la energía suficiente a un conjunto de piezas para que estas tengan un funcionamiento adecuado y la máquina que componen pueda realizar sus actividades. Normalmente, estos funcionan con algún tipo de combustible, que puede ser natural o procesado industrialmente y se valen de la conversión de energía en otro tipo de energía con muchas más posibilidades de ser utilizada. Hoy en día, el motor es una de las invenciones más utilizadas, pues, la mayoría de los objetos que el ser humano ha creado necesita ese impulso que lo haga funcionar. Normalmente, este término se utiliza en específico para aquellas creaciones que generan energía mecánica de forma casi inmediata. Sin embargo, usualmente se denominan motores a las máquinas capaces de impulsar la creación de energía, como las centrales hidroeléctricas, los aerogeneradores y los reactores; es considerado este uso como incorrecto debido a las actividades destinadas para el producto final. Esta palabra, así mismo, hace referencia a aquellos individuos o entidades que son parte importante del funcionamiento de un organismo; también forma parte de la jerga informática, en donde se le conoce por englobar el proceso de diseñar un videojuego o programas que ayuden al funcionamiento de un ordenador. Los motores pueden ser creados desde diversas perspectivas de funcionamiento, por ello existen muchos tipos. Entre ellos se encuentran:  

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Motores térmicos: Cuando el trabajo se obtiene a partir de energía calórica. Motores de combustión interna: Son motores térmicos en los cuales se produce una combustión del fluido del motor, transformando su energía química en energía térmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica. El fluido motor antes de iniciar la combustión es una mezcla de un comburente (como el aire) y un combustible, como los derivados del petróleo y gasolina, los del gas natural o los biocombustibles. Motores de combustión externa: Son motores térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado térmico de mayor fuerza posible de llevar es mediante la transmisión de energía a través de una pared. Motores eléctricos: Cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctrica.

Cada motor tiene una serie de características, que determinan si la funcionalidad será la deseada; estas consisten en el rendimiento, la velocidad nominal, la potencia, el par motor y la estabilidad. Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. La palabra motor se reserva para los casos en los cuales el resultado inmediato es energía mecánica. Los motores eléctricos utilizan la inducción electromagnética que produce la electricidad para producir movimiento, según sea la constitución del motor: núcleo con cable arrollado, sin cable arrollado, monofásico, trifásico, con imanes permanentes o sin ellos; la potencia depende del calibre del alambre, las vueltas del alambre y la tensión eléctrica aplicada.

CARACTERISTICAS GENERALES  

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Rendimiento: es el cociente entre la potencia útil que generan y la potencia absorbida. Habitualmente se representa con la letra griega η. Velocidad de poco giro o velocidad nominal: es la velocidad angular del cigüeñal, es decir, el número de revoluciones por minuto (rpm o RPM) a las que gira. Se representa por la letra n. Potencia: es el trabajo que el motor es capaz de realizar en la unidad de tiempo a una determinada velocidad de giro. Se mide normalmente en caballos de vapor (CV), siendo 1 CV igual a 736 vatios. Par motor: es el momento de rotación que actúa sobre el eje del motor y determina su giro. Se mide en kgf·m (kilogramo-fuerza metro) o lo que es lo mismo newtonsmetro(N·m), siendo 1 kgf·m igual a 9,81 N·m. Hay varios tipos de pares, véanse por ejemplo el par de arranque, el par de aceleración y el par nominal. Estabilidad: es cuando el motor se mantiene a altas velocidades sin gastar demasiado combustible tanto como energía eléctrica en su correspondiente tiempo que pasa el motor sin ningún defecto, pero esto solo se hace en las fábricas donde se desarrolla el motor.

 MOTORES TÉRMICOS 1. INTRODUCCIÓN Las máquinas o motores térmicos son dispositivos que funcionando periódicamente transforman calor (energía térmica) en trabajo (energía mecánica). El calor necesario para el funcionamiento de una máquina térmica procede, en la mayor parte de los casos, de la energía química liberada en una combustión (aunque también puede ser de origen nuclear, solar, etc.), siendo absorbido por un fluido motor que, al describir un ciclo, pone en movimiento una serie de piezas mecánicas. Si la combustión tiene lugar fuera del motor, las máquinas térmicas se denominan de combustión externa (ejemplo: máquina de vapor); si se realiza en el interior de la propia máquina, de combustión interna (ejemplo: motor de explosión). En cada uno de los casos el movimiento producido puede ser alternativo (máquinas de vapor, motores de explosión, motores de combustión...) o rotativo (turbinas de vapor, turbinas de explosión, turbinas de combustión). El fluido motor suele ser el vapor de agua (condensaba), el aire (no condensable) o la mezcla de gases resultantes de la combustión violenta o provocada de derivados del petróleo o de ciertos gases combustibles. En los motores de combustión interna, ésta se realiza en el fluido motor, al contrario que en los de combustión externa, en los que existen dos fluidos, intercambiándose calor entre ambos. En las centrales nucleares el calor procede de la energía liberada en la fisión nuclear del uranio o del plutonio, siendo extraído por una sustancia refrigerante que lo cede a un circuito secundario a través de un cambiador de calor. Se pueden clasificar teniendo en cuenta los siguientes criterios: PRIMER CRITERIO: Según el lugar donde se realiza la combustión. a) Motores de combustión externa: Son aquellos en los que la combustión tiene lugar fuera del motor. El calor desprendido es transmitido a un fluido intermedio, que produce la energía mecánica. Ejemplo: La máquina de vapor, donde el fluido intermedio es el vapor de agua y el lugar de la combustión es la caldera, fuera del motor. b) Motores de combustión interna: La combustión se produce en una cámara interna del propio motor, donde se generan los gases que producen la expansión que causa el trabajo. Ejemplo: El motor de un automóvil, donde la cámara interna es cada cilindro y el fluido, en lugar de ser vapor de agua, es una mezcla de un combustible con aire, que se diferencia en el combustible utilizado, en las

condiciones de combustión y en el número de carreras que efectúa el pistón en un ciclo completo; por otra parte, el movimiento producido puede ser alternativo (motores de explosión y de combustión) o rotativo (turbinas de explosión y de combustión). VENTAJAS DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN EXTERNA El combustible es más barato(carbón). Los equipos son menos sofisticados y, por lo tanto, más sencillos DESVENTAJAS DEL MOTOR DE CONBUSTIÓN EXTERNA El poder calorífico del combustible es más bajo y es por esto que la temperatura que alcanza el foco no es tan alta. Son más pesados y de mayor tamaño. El rendimiento del motor es más bajo No se aprovecha tan bien el calor. SEGUNDO CRITERIO: según el ciclo del motor, podemos diferenciar entre los siguientes motores: 

Motores de cuatro tiempos: Se llaman así porque se necesitan de cuatro etapas para desarrollar el proceso o ciclo completo: admisión, comprensión, expansión y escape.

La distribución en los motores de cuatro tiempos: Recibe el nombre de distribución el conjunto de órganos que hacen posible la abertura y cierre de las válvulas de admisión y escape (en los motores de 4 tiempos) o de las lumbreras (en los motores de 2 tiempos) en el momento oportuno.

 Motores con árbol de levas lateral: En este tipo de motores, el árbol de levas queda alojado en el bloque y su accionamiento tiene lugar mediante engranajes, cadenas o correas dentadas. El desplazamiento imprimido por el árbol de levas a los empujadores y varillas se transmite a las válvulas por medio de un balancín.

 Motores con válvulas en culata (en cabeza) (sistema más utilizado) Estos motores se dividen en dos tipos, de acuerdo con la situación del árbol de levas que acciona las válvulas En estos casos el accionamiento de las válvulas puede ser directo o indirecto. En el procedimiento directo el accionamiento de la válvula se logra por empuje del árbol de levas sobre ella, interponiendo entre ambos un platillo o empujador. En este caso, en general, se dispone un árbol de levas para las válvulas de admisión y otro para las de escape

 Mando de la distribución: En cada ciclo, el cigüeñal completa dos vueltas y las válvulas de admisión y escape deben ser accionadas una sola vez. Cada vuelta del árbol de levas equivale a que cada leva accione una vez la válvula correspondiente. De lo expuesto se deduce que el árbol de la distribución o de levas girar a la mitad de vueltas que el cigüeñal, puesto que debe cumplir una vuelta por cada dos del cigüeñal.

 Árbol de la distribución:

El árbol de la distribución transmite por medio de excéntricas o levas el movimiento circular del cigüeñal a las válvulas, convirtiéndolo en movimiento rectilíneo alterno. El número de levas que posee el árbol es igual al número de válvulas que deben ser accionadas. La posición de las levas sobre el árbol y su perfil determinan las condiciones de apertura y cierre de las válvulas y sus desplazamientos. Los árboles de levas se fabrican en acero con un bajo contenido en carbono. Las superficies de las levas reciben un tratamiento termoquímico para elevar considerablemente su dureza. Es corriente en determinados motores que sobre el mismo árbol se hallen dispuestos un engranaje, para el mando de la bomba de aceite, y el distribuidor de encendido, y una excéntrica para el mando de la bomba de combustible. Las válvulas de admisión y de escape tienen la misión de permitir la entrada de la mezcla combustible y la salida de los gases de combustión, respectivamente. Se mantienen en su posición de cierre mediante un muelle, abriéndose hacia el interior del cilindro por medio de la leva.

 Encendido Para quemar el combustible puede utilizarse un sistema eléctrico capaz de generar corrientes eléctricas del orden de 30.000 a 40.000 voltios en las bujías. La bujía está formada por dos electrodos separados aproximadamente 0,5 mm, uno unido a masa y otro procedente del distribuidor, y ambos aislados eléctricamente. El casquillo de acero de la bujía se enrosca en la parte superior del cilindro. La misión de la bujía es producir una chispa que explosione la mezcla comprimida. Además de todo ello se requieren un sistema de refrigeración encargado de mantener la temperatura dentro de unos límites que garanticen el correcto mantenimiento de las características metalúrgicas de los materiales empleados. Puede ser por aire (dotando a los cilindros de aletas de enfriamiento) o por agua (que circula entre los espacios del cilindro y bloque y culata). En este caso, el agua recorre el circuito impulsada por una bomba, y se enfría en el radiador por medio de una corriente de aire lanzada por el ventilador. Por otra parte, debido a la gran cantidad de piezas móviles existentes en estos motores, es necesario disponer de una adecuada lubricación, no sólo para aumentar el rendimiento sino también para evitar deterioros; deben ubicarse, en especial, las paredes del cilindro, las articulaciones de las bielas, el árbol de levas, las válvulas, los cojinetes del cigüeñal y los engranajes. La lubricación se lleva a cabo por medio de un circuito de aceite a presión; el aceite se encuentra en el cárter, desde donde se distribuye a presión por medio de una bomba a todas las partes en que sea necesario. Además, cumple otras misiones como son: refrigerar y limpiar ciertas partes del motor. 

Motores de dos tiempos: En este caso, el ciclo se lleva a cabo en dos etapas: admisión-comprensión y expansión–escape. Los motores de los ciclomotores llevan este tipo de motor.

Como un intento de duplicar la potencia por cada cilindro, se diseñaron motores que recorrieran todo el ciclo en sólo dos carreras del émbolo. Pueden ser motores mucho más sencillos que los de cuatro tiempos, pues pueden carecen de válvulas y levas y la admisión y salida de gases se realiza a través de las lumbreras, que son unos orificios situados en la pared del cilindro y que son cerrados y descubiertos por el propio pistón a lo largo de su recorrido. El cárter se encuentra herméticamente cerrado y se comunica mediante un conducto con otra lumbrera del cilindro. Analicemos, a continuación, las dos carreras de este motor: - Primera carrera. Cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior se produce la inflamación de la mezcla. Los gases de la combustión se expanden hasta que el movimiento del pistón deja al descubierto la lumbrera de escape, por donde salen al exterior a causa de la presión. A medida que el pistón sigue bajando, comprime el fluido de trabajo del cárter y al final abre la lumbrera que comunica con el cárter, por donde pasa el

fluido barriendo los gases de combustión hacia la lumbrera de escape. - Segunda carrera. El pistón comienza su movimiento de ascenso desde el punto muerto inferior, completando el barrido y la admisión, hasta que llega un momento en que cierra las lumbreras de admisión y escape, comenzando la compresión del gas, que se completa cuando el pistón alcanza el punto muerto superior, instante en el que se quema el combustible. La lumbrera de admisión queda abierta y a través de ella penetra fluido en el cilindro. Este motor, que se emplea en pequeña motocicleta, en lanchas fuera borda y también en grandes barcos, además de su sencillez, presenta la ventaja de que duplica las carreras de trabajo. Sin embargo, necesita un compresor de los gases de entrada (que puede ser la parte inferior del mismo pistón); por otra parte, las lumbreras de admisión y escape están abiertas a la vez, de manera que parte de la mezcla entrante saldrá por el tubo de escape, o bien parte de los productos de combustión quedarán retenidos en el cilindro; de manera que la potencia máxima no queda duplicada, como cabría suponer. TERCER CRITERIO: Según el tipo de movimiento del motor podemos tener dos grupos de motores térmicos. o

Alternativos: El fluido actúa sobre un pistón dotado de movimiento alternativo de subida y bajada. o Rotativo: El fluido actúa sobre pistones o tubos que giran. A. Motor alternativo de combustión interna: Es el más común entre los vehículos. Se considera en este caso que el gas de trabajo es ideal, aunque la realidad es que no es así, pues el gas que entra a la cámara de combustión(cilíndrica) es una mezcla de aire y combustible, mientras que el que sale corresponde a los gases tras la combustión de la mezcla anterior. Consta de uno o más cilindros en los que se provoca la combustión de la mezcla en cuyo interior se aloja un pistón que posee movimiento alternativo. Estos, se clasifican en dos grupos:  Motor de Explosión (MEP) Órganos que lo constituyen En un motor de combustión interna es preciso distinguir, por una parte, los árganos constitutivos del motor y, por otro lado, los órganos anexos que contribuyen a su funcionamiento. a) Órganos constitutivos Se dividen en dos grupos: Órganos fijos: cilindro, bloque de cilindros, cárter inferior y culata. Órganos móviles: pistones, bielas, cigüeñal y sistema de distribución. Órganos anexos El carburador o el inyector en los motores de gasolina. El inyector en los Diesel. El mezclador en los de gas. Estos órganos están encargados de preparar y alimentar al motor de la mezcla gaseosa o el combustible necesario al funcionamiento del motor El colector de admisión. Dirige la mezcla carburada (aire en un Diesel) hacia los diversos cilindros. El colector de escape. Dirige los gases quemados hacia el exterior, a través de un silencioso El sistema de alimentación. Comporta depósito, un filtro, una bomba y las canalizaciones para un motor de gasolina y Diesel; las botellas de gas, el mezclador y las canalizaciones para un motor de gas, y la bomba inyectora de alta presión en un Diesel. El sistema de encendido. Provoca en el momento preciso la combustión rápida de la mezcla carburada. El sistema de engrase. Asegura bajo presión el engrase de las piezas en movimiento. El sistema de refrigeración. Asegura la eliminación de calorías no transformadas en energía mecánica, a fin de no alterar el funcionamiento del motor. El generador de corriente. Dinamo, alternador, asegura la recarga de las baterías y el funcionamiento del circuito eléctrico, faros, limpiaparabrisas, accesorios, etcétera. b) Órganos constitutivos fijos

El bloque de cilindros El bloque de cilindros contiene a los cilindros, creando alrededor de cada uno de ellos cámaras de agua para la refrigeración. Recibe: Por su parte superior: la culata, que cubre los cilindros. Por su parte inferior: un cárter, generalmente de chapa o aleación ligera (montado con junta de estanquidad), que sirve de depósito de aceite necesario para la lubricación del motor. El bloque de cilindros es siempre una pieza de fundición o aluminio. - de resistir a las presiones de las explosiones sin deformación, - de poseer una buena conductibilidad térmica. - de ser resistente a la corrosión debida al agua de refrigeración. - ser lo más ligero posible. El cilindro Es el elemento en el cual se desplaza el pistón. 

Motor de Combustión (MEC)

Funciona con principios diferentes al de explosión y suele funcionar con gasóleo. B. Motor rotativo de combustión interna: El caso más singular es el motor Wankel. En este caso, la cámara de combustión contiene una pieza rotativa con forma triangular que gira solidariamente al rotor. Por lo tanto, no posee ni cilindro ni pistones. Nos centraremos en el motor alternativo de combustión interna.

 MOTORES ELÉCTRICOS Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Funcionamiento

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Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que, si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha o eje.

Ventajas En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:     

A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Se pueden construir de cualquier tamaño. Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina). Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro si emiten contaminantes.

Principales tipos:  Motor de corriente continua CC

 Motor de corriente alterna AC MOTORES DE CC  El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica.  En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que, con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.  Los motores de corriente continua son de los más versátiles en la industria.  Su fácil control de posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos.  Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues el motor de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores, etc.)  La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.  Su principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y laborioso.  Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes. En el estator se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas. También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales. El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales: • Rotor • Estator

Dentro de éstas se ubican los demás componentes como: • Escobillas y porta escobillas • Colector • Eje • Núcleo y devanado del rotor • Imán Permanente • Armazón • Tapas o campanas

Rotor Constituye la parte móvil del motor, proporciona el torque para mover a la carga. Está formado por: • Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector. • Núcleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule.

Las laminaciones tienen por objeto reducir las corrientes parásitas en el núcleo. El acero del núcleo debe ser capaz de mantener bajas las pérdidas por histéresis. Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado). • Devanado: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual, debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado. • Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas. La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas (llamadas también cepillos)

ESTATOR Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio. Está formado por: • Armazón: Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales: servir como soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán permanente, para completar el circuito magnético. • Imán permanente: Compuesto de material ferromagnético altamente remanente, se encuentra fijado al armazón o carcaza del estator. Su función es proporcionar un campo magnético uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interactúe con el campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la interacción de estos campos.

• Escobillas: Las escobillas están fabricadas se carbón, y poseen una dureza menor que la del colector, para evitar que éste se desgaste rápidamente. Se encuentran albergadas por la porta escobillas. Ambos, escobillas y porta escobillas, se encuentran en una de las tapas del estator. La función de las escobillas es transmitir la tensión y corriente de la fuente de alimentación hacia el colector y, por consiguiente, al bobinado del rotor. La función de la porta escobillas es mantener a las escobillas en su posición de contacto firme con los segmentos del colector. Esta función la realiza por medio de resortes, los cuales hacen una presión moderada sobre las escobillas contra el colector. Esta presión debe mantenerse en un nivel intermedio pues, de ser excesiva, la fricción desgastaría tanto a las escobillas como al colector; por otro lado, de ser mínima esta presión, se produciría lo que se denomina "chisporroteo", que es cuando aparecen chispas entre las superficies del colector y las escobillas, debido a que no existe un buen contacto. Tipos de motores de corriente continua Antes de enumerar los diferentes tipos de motores, conviene aclarar un concepto básico que debe conocerse de un motor: el concepto de funcionamiento con carga y funcionamiento en vacío. – Un motor funciona con carga cuando está arrastrando cualquier objeto o soportando cualquier resistencia externa (la carga) que le obliga a absorber energía mecánica. Así pues, en este caso, el par resistente se debe a factores internos y externos. Por ejemplo: una batidora encuentra resistencia cuando bate mayonesa; el motor de una grúa soporta las cargas que eleva, el propio cable, los elementos mecánicos propios de la grúa, un motor de un coche eléctrico soporta numerosas cargas: el peso de los pasajeros, el peso del propio vehículo, la resistencia que ofrece la superficie del terreno, – Un motor funciona en vacío, cuando el motor no está arrastrando ningún objeto, ni soportando ninguna resistencia externa. El eje está girando libremente y no está conectado a nada. En este caso, el par resistente se debe únicamente a factores internos. Los motores de corriente continua se clasifican según la forma de conexión de las bobinas inductoras e inducidas entre sí. – Motor de excitación independiente – Motor en serie – Motor en derivación o motor Shunt – Motor Compound • El motor de excitación independiente es tal que el inductor y el inducido se alimentan de dos fuentes de energía independientes. • El motor serie es tal que los devanados del inductor y del inducido se encuentran en serie. • El motor Shunt dispone los devanados inductor e inducido en paralelo. • El motor Compound consta de dos devanados inductores, uno está en serie con el devanado inducido y el otro en paralelo. Para conocer las características y

posibles aplicaciones de cualquiera de estos motores, deben fijarse cada uno de estos parámetros: – Evolución del régimen de giro (en rpm): es decir, cómo varía la velocidad de giro en diferentes circunstancias. – Potencia eléctrica absorbida por el motor (en kW): da cuenta del consumo de energía. – Par motor (en kgf.m): da cuenta de la capacidad de arrastre del motor. – Rendimiento: da cuenta de las pérdidas de energía del motor. A) Motor serie Como se comentó antes, en este tipo de motores las bobinas inductoras y las inducidas están conectadas en serie. La conexión forma un circuito en serie en el que la intensidad absorbida por el motor al conectarlo a la red (también llamada corriente de carga) es la misma, tanto para la bobina conductora (del estator) como para la bobina inducida (del rotor). (Iinducido=Iexc) El motor serie es tal que: 1. Puede desarrollar un elevador par-motor de arranque, es decir, justo al arrancar, el par motor es elevado. 2. Si disminuye la carga del motor, disminuye la intensidad de corriente absorbida y el motor aumenta su velocidad. Esto puede ser peligroso. En vacío el motor es inestable, pues la velocidad aumenta bruscamente. 3. Sus bobinas tienen pocas espiras, pero de gran sección. Usos: Tiene aplicaciones en aquellos casos en los que se requiera un elevado par de arranque a pequeñas velocidades y un par reducido a grandes velocidades. El motor debe tener carga si está en marcha. Ejemplos: tranvías, locomotoras, trolebuses. Un taladro no podría tener un motor serie, ¿Por qué? Pues porque al terminar de efectuar el orificio en la pieza, la máquina quedaría en vacío (sin carga) y la velocidad en la broca aumentaría tanto que llegaría a ser peligrosa la máquina para el usuario. B) Motor Shunt o de derivación en paralelo Las bobinas inductoras van conectadas en paralelo (derivación) con las inducidas. De este modo, de toda la corriente absorbida (Iabsorbida) por el motor, una parte (Ii) circula por las bobinas inducidas y la otra (Iexc) por la inductoras. El circuito de excitación (inductor) está a la misma tensión que el inductor. Las características de este motor son: 1. En el arranque, par motor es menor que en el motor serie. 2. Si la Intensidad de corriente absorbida disminuye y el motor está en vacío. La velocidad de giro nominal apenas varía. Es más estable que el de serie. 3. Cuando el par motor aumenta, la velocidad de giro apenas disminuye. Las aplicaciones del motor son las siguientes: Se usan en aquellos casos en los que no se requiera un par elevado a pequeñas velocidades y no produzcan grandes cargas. Si la carga desaparece (funcionamiento en vacío), el motor varía apenas su velocidad. Conclusión: Se emplea para máquinas herramientas, por ejemplo, un taladro. C) Motor Compound En este caso, se puede decir que el motor es una combinación del motor serie y el motor shunt, puesto que una de las bobinas inductoras está en serie con el inducido, mientras que la otra está en paralelo con él. Una parte de la intensidad de corriente absorbida circula por las bobinas inducidas (Ii) y, por ende, por una de las inductoras; mientras que el resto de la corriente (Iexc) recorre la otra bobina inductora. Se caracteriza por tener un elevado par de arranque, pero no corre el peligro de ser inestable cuando trabaja en

vacío, como ocurre con el motor serie, aunque puede llegar a alcanzar un número de revoluciones muy alto.

MOTORES DE CA INTRODUCCIÓN Se diseñan dos tipos básicos de motores para funcionar con corriente alterna polifásica: los motores síncronos y los motores de inducción. El motor síncrono es en esencia un alternador trifásico que funciona a la inversa. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de la armadura están divididas en tres partes y alimentadas con corriente alterna trifásica. La variación de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reacción magnética variable con los polos de los imanes del campo, y hace que el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente en la línea de potencia de corriente alterna. La velocidad constante de un motor síncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo, no pueden utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecánica sobre el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando está bajo carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegar a pararse. Los motores síncronos pueden funcionar con una fuente de potencia monofásica mediante la inclusión de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magnético rotatorio. El más simple de todos los tipos de motores eléctricos es el motor de inducción de caja de ardilla que se usa con alimentación trifásica. La armadura de este tipo de motor consiste en tres bobinas fijas y es similar a la del motor síncrono. El elemento rotatorio consiste en un núcleo, en el que se incluyen una serie de conductores de gran capacidad colocados en círculo alrededor del árbol y paralelos a él. Cuando no tienen núcleo, los conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas cilíndricas que se usaban para las ardillas. Los motores de baterías en serie con conmutadores, que funcionan tanto con corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. Éstos se fabrican en tamaños pequeños y se utilizan en aparatos domésticos. MOTORES DE INDUCCIÓN El motor asíncrono fue creado es su forma más simple por Galileo Ferraris y Nikola Tesla en 188586. Dos años más tarde se construyó una máquina con el rotor en forma de jaula de ardilla. el rotor de bobinado se desarrolló a principio del S.XX. La diferencia del motor asíncrono con el resto de los motores eléctricos radica en el hecho de que no existe corriente conducida a uno de sus devanados (normalmente al rotor). La corriente que circula por el devanado del rotor se debe a la fuerza electromotriz inducida en él por el campo giratorio; por esta razón, a este tipo de motores se les designa también como motores de inducción. La denominación de motores asíncronos obedece a que la velocidad de giro del motor no es la de sincronismo, impuesta por la frecuencia de la red. Hoy en día se puede decir que más del 80% de los motores eléctricos utilizados en la industria son de este tipo, trabajando en general a velocidad prácticamente constante. No obstante, y gracias al desarrollo de la electrónica de potencia (inversores y cicloconvertidores), en los últimos años está aumentando considerablemente la utilización de este tipo de motores a velocidad variable. La gran utilización de los motores asíncronos se debe a las siguientes causas: construcción simple, bajo peso, mínimo volumen, bajo coste y mantenimiento inferior al de cualquier otro tipo de motor eléctrico. Hay dos tipos básicos de motores asíncronos: - Motores de jaula de ardilla: el devanado del rotor está formado por barras de cobre o aluminio, cuyos extremos están puestos en cortocircuito por dos anillos a los cuales se unen por medio de soldadura o fundición. - Motor de rotor bobinado: el devanado del rotor de estos motores está formado por un bobinado trifásico similar al del estator, con igual número de polos. Un

motor de rotor bobinado a igualdad de potencia y clase de protección, es más costoso, menos robusto y exige un mantenimiento mayor que uno de jaula de ardilla. No obstante, frente a este último posee fundamentalmente dos ventajas, que en algunos casos concretos resultan determinantes: las características del circuito eléctrico del rotor pueden ser modificadas en cada instante desde el exterior, y la tensión e intensidad del rotor son directamente accesibles a la medida o al control electrónico. Características industriales de los motores asíncronos de corriente alterna Curvas características Las curvas características de una máquina relacionan entre sí diferentes magnitudes de la misma y permiten analizar su comportamiento en distintos regímenes de funcionamiento de manera precisa. Para la máquina asíncrona las curvas características más importantes son: - Curva par - Velocidad. - Curva corriente - característica de velocidad. - característica de factor de potencia. - característica de rendimiento. Ensayos industriales. Antes de lanzar los modelos de motores al mercado se comprueban sus características, con el fin de incluirlas tras su comprobación empírica en la hoja de especificaciones del motor. a) Ensayos normales para todos los motores: - Medida de resistencia en continua de las fases del estátor. - Medida de la resistencia en continua de las fases del rotor (para el caso de rotor bobinado). - Rigidez dieléctrica del devanado del estátor. - Rigidez dieléctrica del devanado del rotor (para el caso de rotor bobinado). - Chequeo de la secuencia de fases en la caja de bornes de la máquina. - Nivel de aislamiento devanado estátor. - Nivel de aislamiento devanado rotor (para el caso de rotor bobinado). b) Ensayos adicionales para motores tipo: - Ensayo de calentamiento. - Rendimiento por suma de pérdidas. - Curva característica de cortocircuito a tensión reducida. - Curva característica de vacío. c) Ensayos especiales bajo pedido: - Medida del par durante el arranque. - Medida de ruidos. - Medida de vibraciones. - Medida del factor de pérdidas del aislamiento de los devanados. Datos de motores asíncronos industrialmente disponibles Los datos que proporcionan generalmente los fabricantes de motores asíncronos son los que se indican a continuación: - Tipo y tamaño constructivo. - Clase de protección. - Potencia. - Tensión. - Valores nominales de otras magnitudes características.

- Relación par de arranque/par nominal e intensidad de arranque/intensidad nominal. - Otros datos adicionales, en su caso (por ejemplo: peso, momento de inercia, clase de aislamiento, etc.). En los motores de rotor bobinado suele darse también la fuerza electromagnética entre los anillos del rotor, a rotor parado y abierto.

GENERADORES DEFINICIÓN: Los generadores son dispositivos que permiten, en las máquinas, la producción de una determinada fuerza o energía. En el caso de un generador eléctrico, lo que éste realiza es una mutación de la energía. Es decir, si se encuentra con energía mecánica – que comprende dos tipos de energía más: la potencial y la cinética, relacionada con el movimiento – el generador eléctrico, como su denominación lo indica, la transforma en energía eléctrica, que siempre se va a suscitar cuando un conductor eléctrico establece una relación entre dos puntos. Por eso es que los generadores tienen, a su vez, la capacidad de sostener lo que se llama diferencia entre el potencial ¿Qué significa esto? Que un generador establece entre sus polos, es decir, entre sus puntos terminales, una labor de carga de energía positiva que se traslada desde uno de esos puntos hasta el otro. La tarea de los generadores, que es de transformación de la energía, no puede producirse si los conductores eléctricos no reciben el efecto que produce el campo magnético. La diferencia de potencial a la que nos referimos anteriormente solo puede mantenerse constante cuando una fuerza electromotriz surge del movimiento entre ese campo magnético y esos conductores eléctricos. Dentro de la categoría mayor de generador eléctrico, hay una subdivisión de índole primaria y secundaria. El generador primario es el que tiene a su cargo la transformación en energía eléctrica de otra energía, de cualquier índole. La diferencia con el generador secundario, es que el generador primario transforma una energía que o bien tiene desde un comienzo o bien que recibe para su posterior transformación. El generador secundario, en cambio, lo que hace es entregar la energía eléctrica que recibió anteriormente.

¿Qué es un generador eléctrico? Un generador eléctrico es la herramienta que transforma la energía mecánica a través de campo magnético y convierte el movimiento en energía eléctrica. Dicha transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura, también llamada estator, que cuenta con diversas partes: El estator, armadura metálica cubierta en su interior por unos hilos de cobre, que forman diversos circuitos; y el rotor, parte interna del estator que gira accionado por la turbina. Formado por un eje y por unos circuitos, que se transforman en electroimanes cuando se les aplica una pequeña cantidad de corriente. Cuando el rotor gira a gran velocidad, debido a la energía mecánica aplicada en las turbinas, se producen unas corrientes en los hilos de cobre del interior del estator. Estas corrientes proporcionan al generador la denominada fuerza electromotriz, capaz de producir energía ¿Qué diferencia existe entre un generador AVR e Inverter? A continuación, detallamos las diferencias entre estos tipos de generadores:  Generadores AVR: Son los generadores eléctricos con regulador automático de tensión, indicados para la utilización de aparatos electrónicos. En este caso la regulación del voltaje se realiza mediante un condensador, ofreciendo una estabilidad de corriente con variaciones inferiores al 2%, suficiente para la mayoría de los equipos electrónicos.

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Generadores Inverter: De manera general, podemos considerar que este tipo de generador cumplen tres características básicas: - Modulación del voltaje realizada mediante una placa electrónica, con lo que se consigue una estabilidad en el voltaje con variaciones inferiores al 1% de la tensión nominal (comparable a la red eléctrica convencional). - El régimen del motor se adapta a la demanda solicitada por lo que su consumo energético cuando no está siendo utilizado se reduce al mínimo. Nivel de ruidos es inferior a la media de los demás generadores. - Son máquinas más ligeras y compactas que los generadores convencionales, lo que los convierte en los generadores óptimos para utilizar en un camping, al aire libre…eléctrica a cualquier sistema conectado a él. ¿Qué otros factores debo tener en cuenta a la hora de elegir un generador? Entre los tipos de generadores que podemos encontrar, en primer lugar, distinguimos entre monofásicos y trifásicos.  Monofásico: Adecuados para uso doméstico, generan una corriente monofásica de 220v que es la que usan los electrodomésticos del hogar.  Trifásico: Generan una corriente trifásica, utilizada en equipos específicos.  Motor: Entre los generadores eléctricos podemos escoger entre dos tipos de motor, según nuestras necesidades. - De 2 tiempos: Son los generadores que funcionan a base de una mezcla de gasolina y aceite. Adecuados fundamentalmente para iluminación, son la opción más económica. Por el contrario, su vida útil es menor y presentan un nivel de ruido y vibraciones superior a los generadores de 4 tiempos. – De 4 tiempos: Proporcionan mayor potencia que los de dos tiempos con un menor nivel de ruido y vibraciones. Asu vez los generadores con motor de 4 tiempos se dividen en dos tipos:

Los Generadores Diésel: Su funcionamiento a través de un motor diésel de 4 tiempos, presenta como ventajas una mayor vida útil que los generadores de gasolina, así como un menor consumo. Por el contrario, son más ruidosos y pesados que los de gasolina. A su vez, los generadores diésel pueden a su vez ser de 3000 o 1500 revoluciones por minuto. Los de 1500 rpm son adecuados para periodos de funcionamiento ininterrumpido.

Los Generadores de gasolina de 4 tiempos: Se caracterizan por un menor nivel de ruido que los diéseles y son más ligeros. Además, cuentan con distintos tiempos de autonomía, aunque no soportan un uso ininterrumpido. Ante la elección de un generador eléctrico diésel o gasolina, lo primero que debemos pensar es el uso que vamos a darle, al igual que cuanto compramos un coche. En el caso de un uso continuado lo óptimo es optar por un generador diésel, mientras que, si solo lo utilizaremos en periodos cortos, la gasolina, es la elección más económica y rentable frente al diésel.

 Ventajas y desventajas de los generadores eléctricos diésel - Menor consumo y mayor vida del motor - Mayor autonomía (incluso sin necesidad de red eléctrica) - Repostaje más cómodo - Recomendable para largos periodos de uso y embarcaciones - Nivel de ruido y vibraciones alto - Mayor coste  Ventajas de los generadores eléctricos gasolina - De 2 o 4 tiempos (pistones), el primero indicado para utilizar para la iluminación, mientras el segundo soporte mayor carga eléctrica. - Recomendable para periodos cortos (horas, días…) - Óptimos para el uso particular - Nivel de ruido bajo - Menor peso que el diésel - Reparaciones menos costosas - Mayor consumo

Otros sistemas de generación de corriente eléctrica: No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación, sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:  

Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc. Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar, reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables.

Se agruparán los dispositivos concretos conforme al proceso físico que les sirve de fundamento.

Generadores primarios Se indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Se han considerado en todos los casos conversiones directas de energía. Por ejemplo, el hidrógeno posee energía química y puede ser convertida directamente en una corriente eléctrica en una pila de combustible. También sería su combustión con oxígeno para liberar energía térmica, que podría expansionar un gas obteniendo así energía mecánica que haría girar un alternador para obtener finalmente, por inducción magnética, la corriente deseada.

Energía de partida

Energía magneto-mecánica

Proceso físico que convierte dicha energía en energía eléctrica

Son los más frecuentes y fueron tratados como generadores eléctricos genéricos.  

Energía química (sin intervención de campos magnéticos)

Corriente continua: Dinamo Corriente alterna: Alternador Celdas electroquímicas y sus derivados: pilas eléctricas, baterías, pilas de combustible. Ver sus diferencias en generadores electroquímicos.

Radiación electromagnética Energía mecánica (sin intervención de campos magnéticos)

Energía térmica (sin intervención de campos magnéticos) Energía nuclear (sin intervención de campos magnéticos)

Fotoelectricidad, como en el panel fotovoltaico  Triboelectricidad  Cuerpos frotados  Máquinas electrostáticas, como el generador de Van de Graaff  Piezoelectricidad Termoelectricidad (efecto Seebeck) Generador termoeléctrico de radioisótopos

Generador termoeléctrico de radioisótopos de la sonda espacial Cassini. En la mayoría de los casos, el rendimiento de la transformación es tan bajo que es preferible hacerlo en varias etapas. Por ejemplo, convertir la energía nuclear en energía térmica, posteriormente en energía mecánica de un gas a gran presión que hace girar una turbina a gran velocidad, para obtener finalmente, por inducción electromagnética, una corriente alterna en un alternador, el generador eléctrico más importante desde un punto de vista práctico como fuente de electricidad para casi todos los usos actuales.

Generadores Ideales Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales: 

Generador de voltaje o tensión:

Un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estar conectada entre ellos.

Figura 1: Generador de tensión ideal; E = I×Rc

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Generador de corriente o intensidad:

Un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos. En la (figura 1) se ve el circuito más simple posible, constituido por un generador de tensión constante E conectado a una carga Rc y en donde se cumpliría la ecuación: E = I×Rc

Figura 2: E = I×(Rc+Ri)

El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que se ha dado en llamar convencionalmente resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal. En la (figura 2) se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en: E = I×(Rc+Ri) Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.1

COMPONENTES DE UN GENERADOR Además del motor y el generador, los generadores eléctricos incluyen generalmente un suministro de combustible, un regulador de velocidad del motor constante (gobernador) y un regulador de tensión del generador, sistemas de refrigeración y de escape y el sistema de lubricación. Las unidades mayores de 1 kW de potencia a menudo tienen una batería y un motor de arranque eléctrico; además, unidades muy grandes pueden comenzar con aire comprimido o bien con un motor de arranque accionado por aire o introducido directamente a los cilindros del motor para iniciar la rotación del motor. Las unidades generadoras de energía de reserva incluyen a menudo un sistema automático de arranque y un interruptor de transferencia para desconectar la carga de la fuente de energía de la red cuando hay un fallo de alimentación y conectarlo al generador.

FUERZA ELECTROMOTRIZ DE UN GENERADOR Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega epsilon (ε) y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador. La F.E.M. (ε) se mide en voltios, y en el caso del circuito de la Figura 2 sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, Va-b es dependiente de la carga Rc. La F.E.M. (ε) y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que, en este caso, al ser I = 0, no hay caída de tensión en Ri y por tanto Va-b = E.

CONCLUSIÓN 

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En términos generales los generadores son máquinas eléctricas, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir la energía mecánica en eléctrica, o a la inversa, con medios electromagnéticos. A una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. Los motores de DC convierten potencia eléctrica en potencia mecánica por medio de su movimiento rotatorio, el motor actualmente es una gran ayuda para la sociedad ya que gracias a él muchas máquinas que basan su funcionamiento en ellos pueden funcionar. El motor eléctrico es una de las máquinas más versátiles en la industria, ya que gracias a su fácil control de posición, par y velocidad permite que se pueda aplicar en muchos ámbitos, tales como el control y la aplicación de procesos.