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Cálculo y construcción. Cargador de baterías

Autor: German Selzer
Curso:
10/10 (1 opiniýn) |685 alumnos|Fecha publicaciýn: 03/06/2011
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Capýtulo 2:

 Cálculo para la construcción. Practico1

Trabajo Práctico N° 1.- Cálculos para la Construcción de Transformadores.

Consideraciones generales: El siguiente trabajo practico tiene la finalidad de determinar cada uno de los elementos necesarios para calcular transformadores monofásicos de potencia hasta 1000 W, construidos a partir de laminaciones de acero para transformadores común, diámetros de los alambres de cobre para los arrollamientos y carretes de medidas estandarizadas figurantes en sus correspondientes tablas, adiestrando al alumno en la utilización tanto de las formulas teóricas como en el uso de las tablas.

Marco teórico: El transformador es una maquina eléctrica estática (sin partes móviles) que cumple la tarea de transformar las magnitudes eléctricas alternas para adecuarlas a determinadas aplicaciones. Su funcionamiento físicamente está basado en la inducción magnética que provoca la circulación de una corriente por un conductor, en las cercanías de un material capaz de conducir y concatenar (unir) ese magnetismo inducido, y transferirlo a otro conductor, produciendo en este otro fenómeno físico que es el de que un conductor atravesado por un campo magnético variable genera la circulación de corriente en el mismo. Esta es la razón esencial  por lo que esta máquina eléctrica solo funciona con corriente alterna.

Cada transformador posee por lo menos un arrollamiento PRIMARIO, que es el que recibe la energía eléctrica de alimentación, un núcleo de material ferromagnético, encargado de transferir el campo magnético, y de al menos un SECUNDARIO, encargado de entregar esa misma energía eléctrica (menos las perdidas) con las características adecuadas al circuito que deba alimentar.

Todas las maquinas experimentan perdidas de energía en su funcionamiento. El transformador se acerca mucho a una maquina ideal (sin perdidas) ya que su rendimiento llega a estar entre un 95% y un 99%.

Respecto de las pérdidas que hemos citado podemos clasificarlas en pérdidas en el núcleo de hierro, y pérdidas en el cobre.

Las perdidas en el núcleo de hierro son a saber:

a) Perdidas por Corrientes parasitas o de Foucault.
b) Perdidas por Ciclo de  Histéresis.                       

Debido a que el campo magnético es transferido del primario al secundario atraves del núcleo de hierro, y siendo este núcleo también conductor de la corriente eléctrica, se generara en este también, corrientes eléctricas que circulara en el mismo en forma volumétrica, llamadas corrientes parasitas o de Foucault. Para disminuir este efecto, el hierro del núcleo se fabrica aleando el acero con silicio para aumentar su resistividad, y para evitar que la circulación de corriente sea en forma volumétrica, el núcleo se fabrica con laminas de acero-silicio aisladas con barniz.

Las pérdidas por ciclo de histéresis están directamente relacionadas con las características intrínsecas de los materiales magnéticos con que están fabricadas las láminas. El ciclo de histéresis es el responsable de la magnetización remanente en el núcleo. Con buenos materiales (laminación de grano orientado) se puede disminuir este efecto pero no eliminar por completo.

Respecto a las perdidas en el cobre se debe a la resistividad que el mismo ofrece al paso de una corriente eléctrica, y se reducen grandemente utilizando cobre electrolítico con la menor cantidad de impurezas posible.

Como podemos observar, en cuanto a las pérdidas totales que pueda tener lugar en un transformador estamos completamente sujetos a la calidad del hierro y del cobre que nos presenta la industria, por lo cual solo nos queda a nosotros el recurso de jugar con el diseño en las cantidades de hierro y cobre tendiente a equilibrar y llevar al mínimo dichas pérdidas para obtener un transformador de buena calidad y rendimiento.

En general existen tres criterios para la construcción de un transformador:

1) Partiendo de un núcleo disponible.
2) Reconstruir un transformador averiado.
3) Según especificaciones técnicas.

Para nuestro transformador utilizaremos el criterio según especificaciones técnicas que podemos considerar es el más amplio.

Desde el punto de vista económico podemos considerar también tres criterios:

a) Calidad.
b) Optimo.
c) Económico
.

Por razones obvias usaremos el económico.
Desde punto de vista  del tipo de servicio siendo estos de ventilación natural por aire, debemos considerar de uso intermitente en un 50%, y en caso de ventilación forzada por aire intermitente en un 70% del tiempo.

1.0. ANALISIS ELECTRICO Y ENUNCIADO DE LAS ESPECIFICACIONES.
Vamos a considerar a modo de ejemplo práctico la construcción de un transformador con un solo bobinado primario y un solo bobinado secundario sin derivaciones.

El primario del transformador será conectado a la red domiciliaria de 220 Vca. y a una frecuencia de línea de 50Hz.

Se solicita obtener una tensión de secundario de 48 Vca, y una corriente de trabajo de 8 Amp.
En función de estos datos procederemos a calcular este transformador.

2.0. DETERMINACION DE LA POTENCIA ELECTRICA NECESARIA.

2.1. Potencia del Secundario.

Según las especificaciones la potencia del secundario se puede calcular como: Ws = Vs x Is

Siendo la tensión del secundarioVs = 48 Vca
Siendo corriente del secundario:Is = 8 Amp
La potencia del secundario será:Ws = 48 Vca  x 8 Amp = 384 w.

2.2. Potencia del Primario.

En un transformador ideal la potencia del primario debería ser igual a la potencia del secundario, pero debido a las perdidas en el núcleo, se sabe por experiencia que estas rondan en un 20 %, por lo tanto la potencia del primario será: Wp = Ws x 1,2

Lo que resultaWp = 384 W x 1,2 = 460,8 W
Redondeando:Wp = 461 W

2.3 Especificaciones Eléctricas de Partida.

A modo de resumen de datos a partir de los cuales comenzaremos el calculo del transformador tenemos:

Tensión del primario             220 Vca.
Tensión del secundario48 Vca.
Corriente del secundario8 Amp.
Potencia eficaz (potencia que
realmente va a consumir de la red)
461 W.
Potencia requerida en el secundario384 W.
Frecuencia de línea50 Hz.

Capýtulo siguiente - Núcleo de hierro

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