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TRANSFORMADOR ELÉCTRICO

El Transformador es un dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas .La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El producto de intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente.

Los transformadores se utilizan hasta en casa, en donde es necesario para aumentar o disminuir el voltaje que esta impartido por la compaña que esta distribuyendo la electricidad a estas, además sirve para resolver muchos problemas eléctricos.

La inducción ocurre solamente cuando el conductor se mueve en ángulo recto con respecto a la dirección del campo magnético. Este movimiento es necesario para que se produzca la inducción, pero es un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético. De esta forma, un campo magnético en expansión y compresión puede crearse con una corriente a través de un cable o un electroimán. Dado que la corriente del electroimán aumenta y se reduce, su campo magnético se expande y se comprime (las líneas de fuerza se mueven hacia adelante y hacia atrás). El campo en movimiento puede inducir una corriente en un hilo fijo cercano. Esta inducción sin movimiento mecánico es la base de los transformadores eléctricos.

Un transformador consta normalmente de dos bobinas de hilo conductor adyacentes, enrolladas alrededor de un solo núcleo de material magnético. Se utiliza para acoplar dos o más circuitos de corriente alterna empleando la inducción existente entre las bobinas. Véase Generación y transporte de electricidad.

Transformadores de Potencia

Dispositivos de gran tamaños utilizados para la generación de energía y también el transporte de la electricidad a diferentes escalas, tanto grandes como para pequeños dispositivos. Los transformadores de potencia industriales y domésticos, que operan a la frecuencia de la red eléctrica, pueden ser monofásicos o trifásicos y están diseñados para trabajar con voltajes y corrientes elevados. Los transformadores de potencia convencionales se instalan en contenedores sellados que disponen de un circuito de refrigeración que contiene aceite u otra sustancia. El aceite circula por el transformador y disipa el calor mediante radiadores exteriores.

Aplicación

Esto puede ser utilizados para los elevadores, primero hay que saber como se fabrica esto. Bueno primero se consigue que se ubique el núcleo del hierro haya dos bobinas o arrollamiento, el primario y el secundario, tales que hagan su trabajo que aumente o disminuya su tensión así para adquirir la tensión deseada.

Transformadores eléctricos

La inducción ocurre solamente cuando el conductor se mueve en ángulo recto con respecto a la dirección del campo magnético. Este movimiento es necesario para que se produzca la inducción, pero es un movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético. De esta forma, un campo magnético en expansión y compresión puede crearse con una corriente a través de un cable o un electroimán. Dado que la corriente del electroimán aumenta y se reduce, su campo magnético se expande y se comprime (las líneas de fuerza se mueven hacia adelante y hacia atrás). El campo en movimiento puede inducir una corriente en un hilo fijo cercano. Esta inducción sin movimiento mecánico es la base de los transformadores eléctricos.

Un transformador consta normalmente de dos bobinas de hilo conductor adyacentes, enrolladas alrededor de un solo núcleo de material magnético. Se utiliza para acoplar dos o más circuitos de corriente alterna empleando la inducción existente entre las bobinas.

Para poder entender como funciona un transformador, un motor eléctrico u otro dispositivo o máquina eléctrica basada en bobinas, se hace necesario explicar como se produce el fenómeno de inducción eléctrica y sobretodo, comprender como sucede la transferencia de potencia y energía.

 Un circuito magnético simple, constituido por dos columnas y dos culatas, en el que han sido arrollados dos circuitos eléctricos:

-Uno constituido por una bobina de N1 espiras, es conectado a la fuente de corriente alterna y recibe el nombre de primario.

-Otro constituido por un bobinado de N2 espiras, permite conectar a sus bornes un circuito eléctrico de utilización (la carga) y recibe el nombre de secundario.

Al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él (el bobinado) circulará una corriente eléctrica alterna (I1), que produce una fuerza magnetomotriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno (Ф1) en el circuito magnético del transformador. El flujo Ф1 al estar canalizado en el núcleo, induce en las espiras del bobinado secundario una fuerza electromotriz (E2).

Las espiras del bobinado primario también están en la influencia del Ф1. por lo tanto en ellas se va a inducir una fuerza contraelectromotriz (E1), que se opone al voltaje de alimentación, dando como resultado una disminución de la intensidad de la corriente (I1).

Cuando se le aplica carga (R) al bobinado secundario, circula por él la intensidad de corriente I2, la cual produce el flujo magnético Ф2, opuesto al Ф1, por lo tanto reduce el flujo resultante en el núcleo dando como resultado que la fuerza contraelectromotriz disminuya y la intensidad de corriente I1 aumente.

Se observa como un aumento de la corriente en el secundario (I2) provoca un aumento de la corriente en el primario (I1), sin que exista conexión eléctrica entre ambos bobinados.

Dado que la fuerza contraelectromotriz es directamente proporcional al flujo inductor (Ф1), al disminuir éste, por la contraposición del Ф2, se da un incremento en la corriente (I1).

Importancia de los Transformadores

El aislamiento eléctrico entre los devanados de un transformador viene a ser la capacidad que tiene el transformador de soportar diferencias de tensión altas, sobre todo, entre el primario y el secundario. La ventaja de disponer de un buen aislamiento. La protección y seguridad del circuito conectado al secundario, si el primario se enchufa a la red eléctrica. Supone, además, una seguridad para el usuario.

El efecto que produce una elevada densidad de corriente sobre un conductor. Se origina un cierto calentamiento del mismo, así como una caída de tensión producida por la resistencia del hilo o cable.

Frecuencias audibles por los seres humanos. En general se escucharan las comprendidas entre 20 y 20 000 ciclos por segundo, aunque la banda audible exacta depende totalmente del oído de cada individuo. Lo normal para un oído de una persona madura es de 30 a 15.000 ciclos por segundo.

Frecuencia Intermedia de un receptor. Son las etapas amplificadoras situadas después del paso mezclador en el que se produce la heterodinación o mezcla de la señal recibida con la generada por el oscilador local.

Conclusión

Gracias a los transformadores se han podido resolver una gran cantidad de problemas eléctricos, en los cuales si no fuera por estos, seria imposible resolver. Los transformadores de corriente y de voltaje han sido y son el milagro tecnológico por el cual los electrodomésticos, las maquinas industriales, y la distribución de energía eléctrica se a podido usar y distribuir a las diferentes ciudades del mundo, desde las plantas generadoras de electricidad , independientemente de la generadora.

http://html.rincondelvago.com/transformador-electrico.html

MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA (C.D.)

También llamado “Motor de corriente continúa” es una máquina que convierte energía eléctrica en, movimiento o algún trabajo mecánico; a través de medios electromagnéticos. 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. 

Se compone principalmente: 

· Un estator: que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. 

· El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas. 

TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA 

· MOTOR SERIE: es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el devanado de campo (campo magnético principal) se conecta en serie con la armadura. Este devanado está hecho con un alambre grueso porque tendrá que soportar la corriente total de la armadura. 

· MOTOR SHUNT O MOTOR PARALELO: es un motor de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados inducidos e inductor auxiliar 

· MOTOR COMPOUND: es un motor de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes. 

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano izquierda, con módulo

F= B • Ɩ• I

 F: Fuerza en (newtons)

 I: Intensidad que recorre el conductor en (amperios) 

 l: Longitud del conductor en (metros) 

 B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo (teslas)

Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromagnético que se genera interactúa con el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.

TIPOS DE MOTORES



La máquina a vapor es el origen del formidable desarrollo del maquinismo moderno; se puede afirmar que en el curso de este desarrollo, el descubrimiento del motor de combustión interna ha sido toda una revolución, de importancia comparable a la que provocó la aparición de la máquina de vapor.
La idea de utilizar presión para empujar algo hacia arriba o hacia adelante no es nueva. Un tipo de turbina (máquina) de vapor fue diseñada hace aproximadamente 2000 años por Hero de Alejandría. Los chinos ya utilizaban cohetes pirotécnicos que funcionaban con pólvora hace más de 800 años. Sir Isaac Newton explicó el principio del empuje por reacción en sus "leyes de la dinámica" en 1687. En 1791, John Barber de Inglaterra diseñó una turbina de gas, pero tuvieron que pasar 100 años para que se desarrollaran los materiales adecuados para construirla.
El motor de gas de Lenoir (1860), que funcionaba con explosiones, pero sin compresión previa, fue el primer motor industrial. Después, el motor de "compresión previa y ciclo de 4 tiempos", definido por Beau de Rochas (1862) y realizado por Otto en 1878, provee a la industria de un motor de media potencia, cuyo precio y complicación no son comparables al conjunto generador-máquina de vapor.
Con el tiempo, se encontró que los motores más potentes tienen necesariamente que ser multicilíndricos. Por ello comienzan a desarrollarse numerosos tipos de motores, cambiando principalmente el tipo de combustible (y por ende el principio que los rige), así como también variando la disposición de los cilindros, con el fin de lograr un máximo de potencia.
En función del lugar donde se realiza la combustión, los motores térmicos se clasifican en:
 

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA: Son aquellos en los que el calor desprendido al quemarse el combustible es transmitido a un fluido intermedio, el cual produce la energía mecánica a través de una máquina alternativa o de una turbina.
MOTORES DE COMBUSTIÓN EXTERNA: En estos motores la combustión se produce en una cámara interna al propio motor.
Hay varios tipos de motor de combustión, de los cuales vamos a explicar brevemente los principales:
-Motor de gasolina (convencional del tipo Otto)
-Motores Diésel
-Motor de Dos Tiempos
-Motor de Carga Estratificada
-Motor de Gas Natural
-Motor Eléctrico

Motor de gasolina
El motor se caracteriza por aspirar una mezcla aire-combustible (típicamente gasolina dispersa en aire). El motor Otto es un motor alternativo. Esto quiere decir de que se trata de un sistema pistón-cilindro con válvulas de admisión y válvulas de escape. El funcionamiento se explica con cuatro fases que se llaman tiempos:
1. tiempo (aspiración): El pistón baja y hace entrar la mezcla de aire y gasolina preparada por el carburador en la cámara de combustión.
2. tiempo (compresión): El émbolo comprime la mezcla inflamable. Aumenta la temperatura.
3. tiempo (carrera de trabajo): Una chispa de la bujía inicia la explosión del gas, la presión aumenta y empuja el pistón hacia abajo. Así el gas caliente realiza un trabajo.
4. tiempo (carrera de escape): El pistón empuja los gases de combustión hacia el tubo de escape.

El árbol de manivela convierte el movimiento de vaivén del pistón en otro de rotación. Durante dos revoluciones sólo hay un acto de trabajo, lo que provoca vibraciones fuertes. Para reducir éstas, un motor normalmente tiene varios cilindros, con las carreras de trabajo bien repartidas. En coches corrientes hay motores de 4 cilindros, en los de lujo 6, 8, 12 o aún más.
 

Motor diesel
El motor diesel es un motor térmico de combustión interna en el cual el encendido se logra por la temperatura elevada producto de la compresión del aire en el interior del cilindro. Fue inventado y patentado por el ingeniero alemán Rudolf Diesel en 1892.
Un motor diésel funciona mediante la ignición de la mezcla aire-gas sin chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, compresión. El combustible diésel se inyecta en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación.

Motor de dos tiempos

El principio general del motor de dos tiempos es la reducción de la duración de los periodos de absorción de combustible y de expulsión de gases a una parte mínima de uno de los tiempos, en lugar de que cada operación requiera un tiempo completo. El diseño más simple de motor de dos tiempos utiliza, en lugar de válvulas de cabezal, las válvulas deslizantes u orificios (que quedan expuestos al desplazarse el pistón hacia atrás). En los motores de dos tiempos la mezcla de combustible y aire entra en el cilindro a través del orificio de aspiración cuando el pistón está en la posición más alejada del cabezal del cilindro. La primera fase es la compresión, en la que se enciende la carga de mezcla cuando el pistón llega al final de la fase. A continuación, el pistón se desplaza hacia atrás en la fase de explosión, abriendo el orificio de expulsión y permitiendo que los gases salgan de la cámara.
Motor de carga estratificada
Una variante del motor de encendido con bujías es el motor de carga estratificada, diseñado para reducir las emisiones sin necesidad de un sistema de recirculación de los gases resultantes de la combustión y sin utilizar un catalizador. La clave de este diseño es una cámara de combustión doble dentro de cada cilindro, con una antecámara que contiene una mezcla rica de combustible y aire mientras la cámara principal contiene una mezcla pobre. La bujía enciende la mezcla rica, que a su vez enciende la de la cámara principal. La temperatura máxima que se alcanza es suficiente como para impedir la formación de óxidos de nitrógeno, mientras que la temperatura media es la suficiente para limitar las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos.

Motor de gas natural
El gas natural como carburante, se usa en los motores de combustión interna al igual como se utilizan los carburantes líquidos. Por ahora, ésta es la principal alternativa al petróleo, principal compuesto tanto de la gasolina como el diesel.

Hay que tomar en cuenta que el gas natural y el GLP son diferentes, ya que el segundo es una destilación del petróleo mezclado con propano y butano. De los dos, el GLP es menos contaminante que el natural, por lo que su uso es más difundido. Uno de los sucesos que le dio rápida popularidad fue la presentación a principios de los noventa del Bugatti EB110 con motor a gas, siendo el auto más rápido del mundo de aquel tiempo.
Debe operar con ciclo Otto dadas sus características propias, por el contrario los motores con ciclo Diesel deben ser transformados a ciclo Otto cuándo se quiere que aquellos funcionen con gas natural.
Cuando un motor de ciclo Otto va a utilizar gas natural, no precisa ninguna transformación mecánica sustancial. Tan solo debe equiparse del sistema de almacenamiento, carburación y avance del encendido, electroválvulas, así como añadirle un convertidor catalítico, si así se desea.

Motor eléctrico
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica rotativa que transforma energía eléctrica en energía mecánica. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión:

-A igual potencia su tamaño y peso son más reducidos.
-Se puede 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 80%, aumentando el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).
-La gran mayoría de los motores eléctricos son máquinas reversibles pudiendo operar como generadores, convirtiendo energía mecánica en eléctrica.
Por estos motivos son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y demás aplicaciones que no requieran autonomía respecto de la fuente de energía, dado que la energía eléctrica es difícil de almacenar. La energía de una batería de varios kilos equivale a la que contienen 80 gramos de gasolina. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos.
Las iniciativas de preservar al medio ambiente hacen de éste el motor del futuro. Es equivocado decir que ésta es una solución nueva, el motor eléctrico surgió casi al mismo tiempo que el automóvil en sí. Aunque la cantidad de emisiones es casi cero, el gran problema existente tanto hoy como hace 100 años es la misma: la autonomía y la baja performance de sus motores. Aunque ya existen algunas versiones en serie, todavía no se puede considerar en una posibilidad real al corto plazo. Para contrarrestarlo, se prueban todo tipo de baterías, algunos de los cuales funcionan como un motor dentro de otro. Incluso se han probado con baterías a combustible, usando metanol o hidrógeno, pero éstas tienen todavía problemas de almacenamiento.

Fuente:
www.angelfire.com/planet/motorinfo/tipos_de_motores.html
libro "mecanica del automovil" William H. Crouse
www.nichese.com/motor.html

 

Fuerza contraelectromotriz en un motor

En un motor eléctrico, un momento de torsión magnético provoca que una espira, por la cual fluye corriente, gire  en un campo magnético constante. Como ya se ha mencionado en publicaciones anteriores que una bobina gira en un campo magnético induce una fem que se opone a la causa que lo origina. Por lo tanto, cualquier motor es  al mismo tiempo un generador. De acuerdo a lo citado en la ley de Lenz, tenemos que  la fem inducida en un motor; se le llama fuerza contraelectromotiz   (E b).

Un motor tiene una armadura giratoria dentro de un campo magnético, y la fuerza inducida es la contraelectromotriz, porque su polaridad es opuesta a la del voltaje en la línea y tiende a reducir la corriente en las bobinas de la armadura.

Si  V es el voltaje en línea, el voltaje neto que impulsa al motor es menor que V, ya que el voltaje en línea y la fuerza contraelectromotriz tienen polaridad opuesta.

El voltaje neto es entonces: V neto = V-E b.

Voltaje neto= voltaje aplicado – voltaje inducido.

Para un motor con resistencia interna de armadura R, la corriente que toma mientras está trabajando es:

I= V neto /R = V- E b. / R.

E b= v – IR           (Fuerza contraelectromotriz  en un motro).

Cuando la armadura está girando, se registra una corriente baja. La fuerza contraelectromotriz reduce el voltaje efectivo, si se detiene el funcionamiento del motor haciendo que la armadura permanezca estacionaria, la fuerza contraelectromotriz disminuye hasta cero.

Figura: demostración de la existencia de una fuerza contraelectromotriz en un motor de cd. Parar el motor reduce la fuerza contraelectromotriz a cero y esto aumenta la corriente del circuito.

Por ejemplo:

En un motor se presenta a un mismo tiempo los dos efectos: generador y de motor, es decir para hacer girar el motor aplicamos una fuerza electromotriz entre sus terminales la rotación del motor hace que se induzca una fuerza  electromotriz que actúa en sentido contrario a la fuerza electromotriz de oposición, producida por la rotación denominada fuerza contraelectromotriz , aumenta proporcionalmente la velocidad hasta que su valor se aproxima al de la fem aplicada. En ese momento el motor alcanza automáticamente su velocidad normal de funcionamiento.

Si aplicamos mas carga al motor esta comenzará a disminuir lentamente la velocidad reduciendo en la misma proporción la fuerza contraelectromitriz, lo que aumenta la intensidad de la corriente que circula dentro del motor hasta alcanzar la intensidad suficiente para mantener el motor en rotación sin disminuir más la  velocidad.

Tomado de:

·         Libro de tippens.

Física: conceptos y aplicaciones séptima edición. Capitulo 31, pagina 611- 612.

·         http://www.gratislibros.com.ar/textos3/ing72/ingenieria-electrica-motores-electricos-fuerza-contraelectromotriz.html

generador de CA

Generador de la corriente CA

El fenómeno de inducción electromagnética fue descubierto por Faraday en el año 1830, llegando a demostrar que “cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético cortando líneas de fuerza se genera en el una fuerza electromotriz que es directamente proporcional al flujo cortado e inversamente proporcional al tiempo empleado”.

El generador de corriente alterna es un dispositivo que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. El generador más simple consta de una espira rectangular que gira en un campo magnético uniforme.

El movimiento de rotación de las espiras es producido por el movimiento de una turbina accionada por una corriente de agua en una central hidroeléctrica, o por un chorro de vapor en una central térmica. En el primer caso, una parte de la energía potencial agua embalsada se transforma en energía eléctrica; en el segundo caso, una parte de la energía química se transforma en energía eléctrica al quemar carbón u otro combustible fósil.

Cuando la espira gira, el flujo del campo magnético a través de la espira cambia con el tiempo. Se produce una fem. Los extremos de la espira se conectan a dos anillos que giran con la espira, tal como se ve en la figura. Las conexiones al circuito externo se hacen mediante escobillas estacionarias en contacto con los anillos.

Si conectamos una bombilla al generador veremos que por el filamento de la bombilla circula una corriente que hace que se ponga incandescente, y emite tanta más luz cuanto mayor sea la velocidad con que gira la espira en el campo magnético.

v  Los principales componentes del generador de corriente  alterna son:

1. Estator.
2. Rotor.
3. Sistema de enfriamiento.
4. Excitatriz.
5. Conmutador.

Un circuito de corriente alterna consta de una combinación de elementos (resistencias, capacidades y auto inducciones) y un generador que suministra la corriente alterna.

Una fem alterna se produce mediante la rotación de una bobina con velocidad angular constante dentro de un campo magnético uniforme producida entre los polos de un imán.

                                                             v= Vo sen ( wt)

Fuente:

 http://generadoresdeca.blogspot.mx/

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/alterna/alterna.htm

Ley de Lenz

Ley: "El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la produce".

La Ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo; no obstante esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.

La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.

El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por:

ᶲ =B·S· cos α

Donde:

• = Flujo magnético. La unidad en el SI es el weber (Wb).
• = Inducción magnética. La unidad en el SI es el tesla (T).
• = Superficie del conductor.
• = Ángulo que forman el conductor y la dirección del campo.

Si el conductor está en movimiento el valor del flujo será:

  dᶲ =B·dS· cos α 

En este caso la Ley de Faraday afirma que la V3 inducido en cada instante tiene por valor:

 V3= -n dᶲ/dt

Donde V_ε es el voltaje inducido y dΦ/dt es la tasa de variación temporal del flujo magnético Φ. La dirección voltaje inducido (el signo negativo en la fórmula) se debe a la ley de Lenz.

Esta ley se llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834.