TRANSFORMADOR 

Definición de un transformador de corriente

Transformador de corriente

Un transformador de corriente utiliza el campo magnético de una corriente alterna a través de un circuito para inducir una corriente proporcional en un segundo circuito. Las funciones principales de un transformador de corriente son: medir la corriente, aumentarla o disminuirla (a menudo, esto último) y transmitir corriente a los controladores del sistema protector.

Importancia

Los transformadores de corriente son componentes integrales de la distribución de la red eléctrica, de la protección de sobrecarga y de la medición de uso. Estos transformadores permiten la transmisión a larga distancia de energía eléctrica a costos más reducidos y mayor eficacia. Además, estos aparatos son elementos fundamentales de los interruptores con detección de falla a tierra (disyuntores GFCI - por sus siglas en inglés) y suministros deenergía para los aparatos eléctricos.

Función

Los transformadores de corriente realizan funciones de medición, supervisión y control de circuito al transmitir una corriente reducida a los equipos. Los transformadores que realizan dichas funciones también son conocidos como transformadores de medida. Los transformadores de energía grandes disminuyen la corriente para transmitir energía en líneas de transmisión. Aquellos transformadores que aumentan la corriente para distribuirla son conocidos como transformadores de distribución.

Características

Un transformador de corriente se construye con un núcleo, en general de acero, enrollado por bobinas primarias y secundarias que están aisladas entre sí y del núcleo. La bobina con más vueltas tiene un voltaje mayor y una corriente menor que la que tiene menos vueltas. La que se encuentra en contacto con la fuente de energía se conoce como bobina primaria; la secundaria es aquella con corriente inducida. El transformador conserva la energía; el producto del voltaje y la corriente en la bobina primaria es igual al producto del voltaje y la corriente a través de la bobina secundaria. Por este motivo, el efecto del transformador sobre el voltaje es inverso a su efecto sobre la corriente. Los transformadores de corriente se instalan en series con el circuito. Los transformadores de voltaje se instalan en paralelo.

Efectos

Las bobinas primaria y secundaria de un transformador están eléctricamente aisladas. Elcampo magnético de la primera bobina induce corriente en la segunda bobina. La corriente resultante en la segunda bobina depende de la fuerza del campo magnético y del número de vueltas en la bobina. La corriente a lo largo de la segunda bobina es proporcional de manera predecible a la corriente a lo largo de la bobina primaria, basada en la proporción de vueltas entre la primera y la segunda bobina.

Tamaño

Las corrientes primarias y secundarias se expresan como la proporción de vueltas que varía entre 1:10 y más de 1:1000 en los transformadores comerciales disponibles. Los transformadores pueden variar en tamaño desde algunos que son más pequeños que un mazo de cartas en el suministro de energía de un electrodoméstico, hasta transformadores de aumento masivo tan grandes como una casa en los generadores de energía de red. Los transformadores de energía grandes son aquellos especificados para 500 kilovoltio-amperios (KVA) o más.

Tipos

Los transformadores de corriente pueden ser clasificados en transformadores de aislamiento, de barra o de ventana, dependiendo del método de conexión al conductor de energía. El de aislamiento se usa en disyuntores GFCI mientras que el de ventana se usan a menudo en los cables de la luz.

GENERADOR ELÉCTRICO 

¿QUÉ ES UN GENERADOR ELÉCTRICO?

A medida que el hombre aprendió acerca de la electricidad, por medio de la observación fue capaz de identificar los principios para generarla.

Un generador eléctrico es un aparato capaz de mantener una diferencia de cargas eléctricas entre dos puntos (es decir, voltaje), transformando otras formas de energía en energía mecánica y posteriormente en una corriente alterna de electricidad(aunque esta corriente alterna puede ser convertida a corriente directa con una rectificación).

Para construir un generador eléctrico se utiliza el  principio de “inducción electromagnética” descubierto por Michael Faraday en 1831, y que establece que si un conductor eléctrico es movido a través de un campo magnético, se inducirá una corriente eléctrica que fluirá a través del conductor.

Debido a que una de los elementos fundamentales de la materia es precisamente la carga electromagnética compuesta de un campo magnético y un campo eléctrico asociado al movimiento de las partículas. Un generador utiliza bosones del campo magnético para energizar cinéticamente electrones y provocar una interacción con otros electrones, que tiene como consecuencia la generación de la corriente eléctrica y un voltaje.

Al manipular una fuerza electromagnética se puede inducir el desplazamiento o movimiento de electrones, y como consecuencia se producirá una corriente eléctrica.

Desde un punto de vista eléctrico, los componentes de un generador son un campo magnético, y un objeto que rota en las inmediaciones de dicho campo magnético, y que conduce la electricidad “generada” hacia un circuito.

Los componentes de un generador desde el punto de vista mecánico son:

(1)   Estator, que es una armadura metálica en reposo recubierta por alambres de cobre que forman un circuito.

(2)  Rotor, que es un eje que rota  dentro del estator impulsado por una turbina. Este rotor en su parte más externa tiene un electroimán alimentado por una corriente eléctrica pequeña.

Al girar el rotor a grandes velocidades gracias a una energía mecánica externa proveniente de una turbina, se producen corrientes en los hilos de cobre del estator. Las turbinas aprovechan las fuentes de energía externa, transformándolas en energía mecánica, que a su vez es la que se utiliza para transformarla en energía eléctrica.

Un generador que gira a 1000 rotaciones por minuto puede producir una corriente de 1 ampere, el número de electrones moviéndose (1 amp es igual a 6.24 x 10 18electrones moviéndose por un alambre por segundo), con un voltaje de 6 voltios.

Todas las plantas de energía tienen turbinas y generadores. Algunas turbinas son alimentadas por viento, agua, vapor proveniente de la Tierra o de  la combustión de biomasa, energías fósiles y otras formas de energía.

La electricidad producida por un generador cuando fluye a través de los cables de transmisión que unen las plantas de energía hacia los hogares, industria y escuelas. Para generar esta energía a gran escala, se instalan centrales eléctricas con plantas eléctricas complejas.

LEYES MAGNÉTICAS

La existencia de dos tipos de fuerzas de interacción magnética (atractivas y repulsivas) fue demostrada por W. Gilbert,donde observó que existen fuerzas de atracción entre polos de diferentes especie y de repulsión si son de la misma especie.

La atracción y repulsión de los polos magnéticos fue estudiada cuantitativamente por John Michell en el año de 1750; utilizando una balanza de torsión, Michelle demostró que la atracción y repulsión de los polos de los imanes sonde igual intensidad y varían inversamente al cuadrado de la distancia entre polos.

Estos resultados fueron confirmados poco después de Coulomb. La de la fuerza existente entre dos polos magnéticos. Es semejante a lo que existe entre dos cargar eléctricas, pero existe una diferencia importante: los polos magnéticos siempre se presentan por parejas. De esto Coulomb estable la siguiente ley general para los polos magnéticos:

             

Existen varias leyes que demuestran las Leyes Magnéticas: Primera ecuación de maxwell (ley de Gauss para la electricidad): las cargas eléctricas son fuentes o manantiales cuyas líneas de fuerza tienen comienzo y fin los experimentos que confirman esta ecuación son la repulsión de carga con diferentes signo.

 Segunda ecuación (ley de Gauss para el magnetismo): Esta ecuación que describo el campo magnético dice que el flujo neto del campo magnético atreves de cualquier superficie cerrada es 0 esto es cierto para el espacio dado que no existen polos magnéticos aislados , muestra que las líneas de campo son cerradas sin inicio ni final.

Tercera ecuación (ley Farday) describe el fenómeno que provoca el efecto eléctrico en un campo magnético cambiante que en un campo magnético variable induce el campo eléctrico un imán en una bobina es capas de crear corriente eléctrica en ella.

Cuarta ecuación : Ley ampere maxwell :esta ecuación describe el efecto magnético de una corriente o campo magnético cambiante , un campo magnético puede ser producido por una corriente eléctrico o por un campo eléctrico variable el experimento confirma que una corriente es capas de generar un campo magnético.

Experimento Hertz : Hertz logro generar y detectar ondas con características que se ajustaban a la teoría electromagnéticas de maxwell. Las conclusiones de Herts son que al hacer oscilar las esferas están aferradas energía que se propagaba hasta afuera detectaba en forma de onda. Estas ondas tienen una frecuencia y longitud de onda tal que su velocidad de propagaciones la misma con que se propaga la luz en el vació . Los resultados coinciden con maxwell .

Ondas electromagnéticas :son emitidas por cualquier carga eléctrica o magnética que oscila o que son perpendiculares entre si.Velocidad de propagación de una onda electromagnética : se deduce que el valor que adquiere un campo eléctrico en un punto del espacio debe ser directamente proporcional a la intensidad del campo magnético n l con una constante de proporcionalidad correspondiente a la velocidad de propagación de la onda electromagnética que se asemeja o relaciona con la velocidad de la luz.

Formula E= C x b c= WEA RARA (LONG) X F 

Introducción electromagnética : Además de producir fuerzas sobre cargas en movimiento o sobre conductores por cual circula corriente eléctrica el campo magnético tienen otros efectos como generar corriente.

Oersted dice que las corrientes eléctricas eran capas de crear campos eléctricos sin embargo para completarla compresión que existía entre la electricidad el magnetismo hizo experimentos . Faraday comprobó que un flujo magnético variable en el tiempo era capaz de viajar.

 LEYES DE FARADAY Y LENZ 

En 1831 Faraday descubrió la inducción electromagnética, y el mismo año demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra.Durante este mismo periodo investigólos fenómenos de la electrólisis y descubrió dos leyes fundamentales:

Que la masa de una sustancia depositada por una corriente eléctrica en una electrolisis es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por el electrólito. Que las cantidades de sustancias electrolíticas depositadas por la acción de una misma cantidad de electricidad son proporcionales a las masas equivalentes de las sustancias.

También demostró que un recinto metálico(caja o jaula de Faraday) forma una pantalla eléctrica. Sus experimentos en magnetismo le llevaron a dos descubrimientos de gran importancia. Uno fue la existencia del diamagnetismo y el otro fue comprobar que un campo magnético tiene fuerza para girar el plano de luz polarizada que pasa a través de ciertos tipos de cristal.

 LEY DE LENZ.

Cuando una corriente empieza a circular por un conductor, se genera un campo magnético que parte del conductor. Este campo atraviesa el propio conductor e induce en él una corriente en sentido opuesto a la corriente que lo causó. En un cable recto este efecto es muy pequeño,pero si el cable se arrolla para formar una bobina, el efecto se amplía ya que los campos generados por cada espira de la bobina cortan las espiras vecinas e inducen también una corriente en ellas.

 5 LEYES DE MAGNETISMO

Ley de Lorentz En una región espacial donde existe un campo magnético. Si se abandona una carga en reposo, no se observa interacción alguna debido al campo. Si la partícula incide con el campo a una cierta velocidad, aparece una fuerza. Experimentalmente se llegó a las siguientes conclusiones:

 * La fuerza es proporcional a la carga y a la velocidad con la que la partícula entra en el campo magnético.

* Si la carga incide en la dirección del campo, no actúa ninguna fuerza sobre ella.

 *Si la carga incide en la dirección al campo, la fuerza adquiere su máximo valor y es a la velocidad y al campo. 

*Si la carga incide en dirección oblicua al campo, aparece una fuerza a este y a la velocidad cuyo valor es proporcional al seno del ángulo de incidencia. 

*Cargas de distinto signo experimentan fuerzas de sentidos opuestos.

LEY DE LOS POLOS DE UN IMÁN

Ley de los Polos de un imán:Una de las primeras cosas que se advierten al examinar una barra común de un imán es que tiene dos polos, o "centros" de fuerza, es donde se concentra en mayor cantidad la propiedad magnética del imán, cada uno cerca de un extremo más que distinguirse como positivo y negativo, estos polos se llaman norte (N) y sur(S).

 PROPIEDADES MAGNÉTICAS

Fuerzas magnéticas 
Las fuerzas magnéticas se generan mediante el movimiento de partículas cargadas 
Eléctricamente; existen junto a las fuerzas electrostáticas. 
Distribuciones del campo magnético de : 
•una espira por la que circula corriente y 
•de un imán en forma de barra. 
En los materiales magnéticos existen polos magnéticos, son análogos a los dipolos eléctricos. 
Los dipolos magnéticos pueden considerarse como pequeños imanes formados por un polo norte y un polo sur. 
Dentro de un campo magnético, la fuerza del campo orienta los dipolos en la dirección del campo. 

Diamagnetismo 
• Es una forma muy débil de magnetismo que no es permanente y presiste sólo mientras el campo externo está presente. 
• Es inducido por un cambio en el movimiento orbital de los electrones debido al campo 
magnético aplicado. 
• Momento magnético es muy pequeño y tiene dirección opuesta al campo. 
• Los materiales diamagnéticos no tienen aplicación práctica 

Paramagnetismo
• En algunos materiales sólidos, cada átomo posee un momento magnético dipolar permanente, por la cancelación incompleta del espín de los electrones. 
• En ausencia de campo magnético aplicado estos 
momentos magnéticos atómicos son al azar y son libre para girar. 
• En presencia del campo aplicado los momentos pueden girar y alinearse con el campo. 
• Susceptibilidad magnética pequeña pero positiva. 

Ferromagnetismo 
• Ciertos materiales poseen un momento magnético  permanente en ausencia de campo externo aplicado.
• Manifiestan magnetizaciones permanentes muy 
grandes. 
• Tienen susceptibilidades magnéticas hasta de 106.
• Los momentos magnéticos se deben al espín de los 
electrones no cancelados. 
• Hay fuerzas de acoplamiento que hacen que los 
momentos de átomos adyacentes se orienten. 
• Esta alineación mutua de los espines se presenta en 

volúmenes grandes del cristal dominios. 

Antiferromagnetismo 

• El acoplamiento entre los momentos magnéticos de átomos o iones contiguos produce un alineamiento antiparalelo. 

• El alineamiento de los momentos de los espines de átomos o iones vecinos en es en direcciones opuestas. 

• El MnO exhibe este comportamiento 

Los iones O2- no presentan momento magnético neto 

Los iones Mn2+ tienen momento magnético neto producido por el espín. 

 

Los momentos magnéticos opuestos se cancelan entre sí y en consecuencia el sólido no posee momento magnético macroscópico.

Antiferromagnetismo

Ferrimagnetismo

• Algunos materiales cerámicos poseen un tipo de magnetización permanente llamada ferrimagnetismo. 

• Son similares a los ferromagnéticos 

• La diferencia reside en el origen de los momentos magnéticos 

• Se produce un momento ferrimagnético neto debido a que los momentos de espín no se cancelan completamente. 

Ferrimagnetismo

IMANES NATURALES 

Imanes naturales.- La magnetita es un potente imán natural, tiene la propiedad de atraer todas las sustancias magnéticas. Su característica de atraer trozos de hierro es natural. Esta compuesta por óxido de hierro. Las sustancias magnéticas son aquellas que son atraídas por la magnetita.

Tienen la propiedad de atraer todas las sustancias magneticas. Su característica de atraer hierros es natural & no es influida por los seres humanos.

Están compuestos por el oxido de hierro.

Son aquellos que se encuentran en la Tierra y que atraen al hierro. Denominados magnetita , hoy sabemos que es hierro cristalino Fe3O4. Pero también la Tierra es un imán natural.

IMANES NATURALES: se refiere a minerales naturales, los cuales tienen la propiedad de atraer elementos como el hierro, el níquel, etc.
La magnetita es un imán de este tipo, compuesto por óxido ferroso férrico, cuya particularidad principal consiste en atraer fragmentos de hierro natural.
PROPIEDADES
Los imanes poseen dos zonas en las que se concentra la fuerza que ejercen, estas zonas son los extremos del imán y reciben el nombre de polos magnéticos, norte y sur. Los polos del mismo nombre se repelen y los polos opuestos se atraen. Compruébalo.
EJEMPLOS:
imanes naturales: son aquellos que se encuentran en la Tierra y que atraen al hierro. Denominados magnetita ,Un imán natural es un mineral con propiedades magnéticas (magnetita).
PRINCIPAL EJEMPLO DE IMÁN NATURAL:
LA TIERRA ES UN IMÁN GIGANTESCO
Porque posee un campo magnético natural. Este se debe a que en el centro del planeta existen metales líquidos (por la temperatura tan alta que hay ahí), y cuando estos se mueven producen un campo magnético que es detectable de manera sencilla. Un ejemplo sencillo son las auroras boreales; estos son fenómenos muy bonitos en donde al entrar partículas cargadas del espacio a la tierra, producen colores muy llamativos en la atmósfera.

MOTOR ELÉCTRICO 

El motor eléctrico es aquel motor que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, por medio de la repulsión que presenta un objeto metálico cargado eléctricamente ante un imán permanente. Son máquinas eléctricas rotatorias.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos regenerativos.

Son muy utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares como ventiladores, teléfonos y bombas, máquinas herramientas, aparatos electrodomésticos, herramientas eléctricas y unidades de disco, los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de la corriente continua (DC), tal como de baterías, automóviles o rectificadores, o por fuentes de la corriente alterna (AC), tal como de la rejilla de poder, inversores o generadores. Los pequeños motores se pueden encontrar en relojes eléctricos. Los motores de uso general con dimensiones muy estandarizadas y características proporcionan el poder mecánico conveniente al uso industrial. Los más grandes de motores eléctricos se usan para propulsión del barco, compresión de la tubería y aplicaciones de almacenaje bombeado con posiciones que alcanzan 100 megavatios. Los motores eléctricos pueden ser clasificados por tipo de la fuente de la energía eléctrica, construcción interna, aplicación, tipo de la salida de movimiento, etcétera. Los dispositivos como solenoides magnéticos y altavoces que convierten la electricidad en el movimiento, pero no generan el poder mecánico utilizable respectivamente se les refiere como accionadores y transductores. Los motores eléctricos son usados para producir la fuerza lineal o la torsión (rotonda).

                                             

*VENTAJAS 

• A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.
• Se pueden construir de cualquier tamaño y forma, siempre que el voltaje lo permita.
• 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 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 sí emiten contaminantes.
• No necesita de refrigeración ni ventilación forzada, están autoventilados.
• No necesita de transmisión/marchas.

*MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados, en:

• Motor serie
• Motor compound
• Motor shunt
• Motor eléctrico sin escobillas

Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:

• Motor paso a paso
• Servomotor
• Motor sin núcleo

*MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

Existen 4 tipos, siendo el primero y el último los más utilizados:

• Motor universal, puede trabajar tanto en CA como en CC.
• Motor asíncrono
• Motor síncrono
• Motor de jaula de ardilla

*USOS

Los motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas. Su reducido tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño, por ejemplo taladros o batidoras. Su elevado par motor y alta eficiencia lo convierte en el motor ideal para la tracción de transportes pesados como trenes; así como la propulsión de barcos, submarinos y dúmperes de minería, a través del sistema Diésel-eléctrico.

ELECTROIMÁN 

El electroimán es un tipo de imán en el que el campo magnético se genera mediante la circulación de una corriente eléctrica a través de un conductor. Su superioridad frente al imán permanente reside en que la intensidad del campo generado depende de la cantidad de corriente que circule a través de él, y por tanto es posible controlar su comportamiento. Sin embargo, en aplicaciones en las cuales no sea necesario modificar el campo magnético o hacerlo desaparecer, el imán permanente es superior, ya que puede generar campos mayores a igualdad de tamaño.

Fue inventado en 1825 por un electricista británico llamado William Sturgeon. Para ello se basó en los estudios de Hans Christian Ørsted, un físico danés que descubrió que el flujo de una corriente eléctrica a través de un conductor genera un campo magnético a su alrededor. El electroimán de Sturgeon consistía en una pieza metálica aislada con forma de herradura (o forma de U, para acercar los polos y concentrar las líneas de fuerza magnética) envuelta en una bobina: una espiral de conductor con una gran cantidad de vueltas (cuantas más vueltas tenga la bobina, más potente será el electroimán).

Un avance importante en la evolución del electroimán fue gracias a Joseph Henry, un científico estadounidense que cambió el aislamiento del hierro por el aislamiento del conductor, consiguiendo mejores resultados que Sturgeon. Además descubrió el principio de inducción electromagnética de forma paralela a Faraday, aunque fue publicado antes por éste ultimo. Puso en práctica sus conocimientos sobre electromagnetismo para ayudar aMorse a desarrollar su telégrafo basado en el electroimán.

Sin embargo, no es necesario introducir una pieza metálica en la bobina para fabricar un electroimán. Una bobina "vacía" recibe el nombre de solenoide, y en ella cada polo se encuentra en un extremo. La razón de introducir un material metálico (normalmente de hierro) en su interior es que el campo generado es mucho más fuerte con la misma intensidad de corriente. Este efecto, conocido como ferromagnetismo, se produce porque los materiales de este tipo contienen diminutas zonas magnetizadas (dominios) inicialmente desordenadas. El campo magnético del solenoide las ordena, de forma que el hierro se convierte en un imán y su efecto se suma al de la bobina. Al desaparecer el campo de la bobina, los dominios suelen desordenarse de nuevo, pero algunos materiales son remanentes, es decir, permanecen magnetizados durante un tiempo.

Debido a su versatilidad, los electroimanes han permitido la aparición de numerosos dispositivos electrónicos, y han surgido importantes aplicaciones industriales. La invención del telégrafo eléctrico fue posible precisamente gracias al electroimán, y los motores eléctricos transforman la energía eléctrica en cinética a través del funcionamiento de varios electroimanes en conjunto. Gracias también a su capacidad de variar el campo magnético se utilizan en altavoces y dispositivos de almacenamiento. Sin embargo, las aplicaciones más potentes son las industriales, como la separación de materiales, la limpieza de aguas contaminadas, los trenes de levitación magnética, los generadores de corriente o el transporte de materiales pesados.

IMANES ARTIFICIALES

Imán: Es un cuerpo o dispositivo con un campo magnético (que atrae o repele otro imán) significativo, de forma que tiende a juntarse con otros imanes (por ejemplo, con un campo magnético terrestre)

Los imanes son muy importantes para nuestra vida. Ya que los vemos en mucho lugares como en las neveras y demás.

Los imanes tienen dos tipos: naturales y artificiales pero en esta ocasión les hablare acerca de los imanes artificiales.

Son las sustancias magnéticas que al frotarlas con la magnetita, se convierten en imanes y conservan durante mucho tiempo su propiedad de atracción.

Son cuerpos que han sido imanados en forma artificial. El hierro y el acero pueden ser magnetizados. El acero se magnetiza permanentemente, como comprobaste con la aguja; lo mismo sucede con las tijeras: si la dejas en contacto con el imán durante un rato, se magnetizarán.

Los imanes poseen dos zonas en las que se concentra la fuerza que ejercen, estas zonas son los extremos del imán y reciben el nombre de polos magnéticos, norte y sur. Los polos del mismo nombre se repelen y los polos opuestos se atraen. Compruébalo.