[prólogo] Máquinas eléctricas / Jesús Fraile Mora

ilustración procedente de 'Electricity : Basic Navy Training Courses' (1945)

La excelente acogida que se ha venido dispensando a las cinco primeras ediciones [, 2003; 4ª, 2001; , 1995] de Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ, obligaban necesariamente a preparar esta sexta edición (2008) en la que se ha hecho un gran esfuerzo editorial para mejorar su calidad y presentación. El texto trata de los principios y aplicaciones de las máquinas eléctricas que todo ingeniero, cualquiera que sea su especialidad de origen, empleará a lo largo de toda su vida profesional, merced a su aplicación en las diferentes fases de los procesos productivos.

Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ, es utilizado por el autor, Jesús Fraile Mora, para explicar la segunda parte de la asignatura Electricidad y Electrotecnia en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos [caminos] de la Universidad Politécnica de Madrid [upm].

Máquinas eléctricas / Jesús Fraile Mora (6ª ed.) | B0100 FRA MAQEl capítulo 1 se refiere a los circuitos magnéticos y a los principios básicos de la conversión de energía en el que se explican las leyes de los circuitos magnéticos, los imanes permanentes, las pérdidas en los materiales ferromagnéticos y también se deducen las expresiones de las fuerzas en sistemas de traslación, y las del par en sistemas de rotación. Se incluyen ejemplos de aplicación en los que se calculan los pares de diversas máquinas eléctricas desde un punto de vista unificado.

El capítulo 2 se dedica a los principios generales de las máquinas eléctricas. Se explican los conceptos básicos comunes a las máquinas tales como: estátor, rotor, inductor, inducido, tipos de colectores devanados, etc. Se analizan las f.m.m.s. producidas por diferentes configuraciones de devanados, haciendo especial hincapié en el teorema de Ferraris que constituye el principio de funcionamiento de las máquinas de corriente alterna. Se estudia de una forma general la generación de f.e.m. en una máquina eléctrica, explicando también la creación del par electromagnético desde el punto de vista de interacción de las f.m.m.s. del estátor y rotor. El capítulo finaliza con un análisis cualitativo de las principales máquinas eléctricas, de tal modo que el estudiante pueda identificarlas con facilidad y conozca desde el principio las máquinas existentes y su funcionamiento básico.

ilustración procendente de 'The Project Gutenberg e-book of general science' (2005)

El capítulo 3 se refiere a los transformadores. Se detallan los aspectos constructivos y el principio de funcionamiento del transformador ideal. A continuación se señalan los efectos reales que tienen lugar en esta máquina y se desarrollan los circuitos equivalentes del transformador de potencia, junto con los ensayos que se precisan para determinar los parámetros que intervienen en el circuito final. Este esquema organizativo es el que se sigue en Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ, para estudiar el funcionamiento de todas las máquinas eléctricas.

El capítulo 4 está dedicado a las máquinas asíncronas o de inducción. Fundamentalmente el tema se refiere a los motores trifásicos, en el que se explican el principio de funcionamiento, circuito equivalente y ensayos necesarios para la determinación del mismo. Se estudia el balance de potencias en estas máquinas y se determina la ecuación general del par de rotación. Se analiza más tarde el proceso de arranque de los motores trifásicos y los diversos métodos existentes para lograrlo. Se explica también el motor de inducción monofásico y se describen algunas máquinas asíncronas especiales como el regulador de inducción, los ejes eléctricos y el motor de inducción lineal.

El capítulo 5 se refiere a las máquinas síncronas, que en su funcionamiento como generador es la máquina principal por antonomasia en las centrales eléctricas. Se explica el funcionamiento del alternador en vacío y en carga, destacando el fenómeno de la reacción de inducido y la obtención del circuito equivalente. Se estudia el régimen de funcionamiento de un alternador tanto en una red aislada como conectado a una red de potencia infinita. Se analiza el motor síncrono y también el diagrama de límites de funcionamiento de una máquina síncrona.

ilustración procendente de 'The Project Gutenberg e-book of general science' (2005)

El capítulo 6 se dedica a las máquinas eléctricas de corriente continua; se inicia el tema explicando los aspectos constructivos y el principio de funcionamiento que incluye el fenómeno de la reacción de inducido y la conmutación en estas máquinas. Se estudia el funcionamiento de la máquina en régimen generador y motor; en este caso se explica con detalle la regulación de velocidad que ofrecen, haciendo una referencia especial al sistema de regulación Ward-Leonard. También se explican los métodos de frenado de los motores de corriente continua por procedimientos clásicos y el funcionamiento de la máquina de c.c. en cuatro cuadrantes. Se incluye también un epígrafe para comentar el funcionamiento de los motores de corriente continua sin escobillas (brushless motors).

El capítulo 7 se dedica a los accionamientos eléctricos cuya importancia es cada vez mayor en la industria moderna. Es una materia interdisciplinar entre el mundo de la electrónica y el de la electrotecnia. Se explica de una forma sencilla el principio de funcionamiento de los semiconductores, describiendo los diversos tipos de convertidores electrónicos utilizados en la regulación de las máquinas eléctricas. Se describen luego los accionamientos eléctricos tanto con motores de corriente continua como con motores de corriente alterna. En ambos casos se incluyen notas informativas de su aplicación práctica a la tracción eléctrica española, por lo que será de gran interés para aquellos ingenieros que desarrollan su labor en los talleres de mantemiento de ferrocarriles eléctricos [trenes ligeros] y trenes metropolitanos.

Se han incluido en Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ, tres apéndices: el primer apéndice explica el desarrollo histórico de las máquinas eléctricas. En un principio el autor [Jesús Fraile Mora] quería incorporar este apéndice como capítulo 0 a modo de introducción, pero se consideró más tarde que era demasiado especializado para empezar el texto y por ello se ha dejado en este lugar. Esperamos fervientemente que este apéndice sea de utilidad para los profesores de ingeniería eléctrica. Es opinión del autor [Jesús Fraile Mora] que los profesores de universidad estamos obligados a dar una formación más humanística a los alumnos y que debemos enseñarles cómo han ido progresando la ciencia y la tecnología, y el proqué se ha avanzado en una dirección y no en otra, porque esto ayuda a conocer las relaciones entre las diferentes ramas científicas. A guisa de ejemplo, podemos indicar que el desarrollo de la electrónica no hubiera sido posible sin un adelanto suficiente de la electrotecnia, y de un modo análogo, el progreso de los ordenadores únicamente se puede justificar por un avance espectacular de la electrónica.

ilustración procendente de 'The Project Gutenberg e-book of general science' (2005)

En el apéndice segundo de Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ, se hace un repaso de las series de Fourier, cuyo conocimiento es necesario para estudiar los armónicos de campo en el entrehierro de las máquinas eléctricas y también los armónicos de tensión producidos por los convertidores electrónicos utilizados en los diversos accionamientos eléctricos. En el apéndice tercero se estudia el sistema por unidad que representa una normalización que se emplea frecuentemente en el análisis de sistemas eléctricos de potencia y que en el caso de las máquinas eléctricas constituye un método muy útil para comparar los parámetros de máquinas de diferentes potencias nominales.

En cada capítulo de Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ,  se han incluido una gran variedad de ejemplos de aplicación con su solución completa, facilitando por una parte la labor del profesorado que lo utilice en su asignatura, ya que podrá dedicar menos tiempo a la tediosa manipulación numérica y más a las deducciones básicas. Por otra parte, estos ejercicios facilitan el autoaprendizaje del estudiante, ya que cada nuevo concepto que se introduce, va seguido de unos ejemplos de aplicación que le servirán para comprender mejor la teoría presentada, lo que permite afianzar las ideas de un modo progresivo sin dejar lagunas en la interpretación de los conceptos implicados. Al final de cada capítulo se han incluido entre veinte y treinta problemas en los que se da únicamente la respuesta final. Con ello se pretende ayudar al profesor en la búsqueda de nuevos problemas para realizar en clase y facilitar el trabajo del estudiante, para que pueda comprobar su propio progreso y nivel de conocimientos. Teniendo en cuenta los ejemplos resueltos a lo largo de cada capítulo y los problemas finales, Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ, contiene cerca de trescientos problemas que facilitan el aprendizaje de esta materia.

Algunos epígrafes llevan un asterisco y están escrito con una letra de menor tamaño, para reconocer en seguida aquellos temas más especializados que pueden suprimirse en una primera lectura del texto. Por otro lado en cada capítulo se presentan con frecuencia anécdotas, comentarios prácticos y secciones de ampliación de conocimientos, que son puntos sugerentes de reflexión, que incentivan la lectura de Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ, debido a su curiosidad y a los problemas a veces confusos que surgen en la práctica industrial. Se incluye también al final de cada capítulo una amplia bibliografía de ampliación de los temas estudiados en la lección, que puede ser útil para aquellos estudiantes que deseen una mayor profundización de los conceptos estudiados.; representan parte de las referencias que ha utilizado el autor [Jesús Fraile Mora] en la redacción de Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ. También se adjuntan diversas biografías de científicos, ingenieros y profesores que han contribuido directa o indirectamente al desarrollo de la ingeniería eléctrica.  Ha sido una tarea bastante ardua encontrar algunas de estas reseñas, pero se ha hecho un gran esfuerzo para que el estudiante conozca los protagonistas de la historia eléctrica, a quienes con estas semblanzas el autor [Jesús Fraile Mora] rinde su homenaje.

ilustración procendente de 'The Project Gutenberg e-book of general science' (2005)

Se ha intentado en la redacción del texto de Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ, conseguir la mayor claridad que ha sido posible; para ello el autor [Jesús Fraile Mora] ha estado atento a todas las preguntas que le hacían los estudiantes dentro y fuera del aula, comprobando qué partes de cada lección encerraban mayores dificultades para ellos y observando con detenimiento los errores que se producían con las frecuencia en los exámenes y evaluaciones. Los profesores de la asignatura prestaron una ayuda valiosísima, dando ideas para modificar los planteamientos iniciales. Todas estas observaciones aconsejaron tener que efectuar diversos cambios; en algunos casos, se prepararon más figuras para facilitar una mejor comprensión; en otros hubo que incluir más ejemplos de aplicación que ilustrasen con mayor vigor los conceptos teóricos.

No sé si la obra [Máquinas eléctricas, localizado en biblioteca.etsit en la signatura B8300 FRA MAQ] que se ofrece al lector merecerá su aprobación, lo único que puede decir el autor [Jesús Fraile Mora] es que se ha puesto todo el empeño, para que el texto tuviera una alta calidad didáctica, en el que se combinasen de un modo adecuado la teoría y la práctica, facilitando a los estudiantes su estudio. Consideramos que es un deber de todo educador lograr lo que nuestro gran filósofo Ortega y Gasset denominaba la economía de la enseñanza, es decir, hacer fácil lo difícil, para optimizar el tiempo de estudiante, haciendo que aprenda en un tiempo más breve. Quienes lleguen a utilizar este libro de texto quizá encuentren que algunas secciones debieran ampliarse o detallarse aún más. Cualquier sugerencia nueva o crítica, será bienvenida y se tomará en consderación para futuras ediciones.

Jesús Fraile Mora.

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