INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas.
PRÁCTICA 9 EL TRANSFORMADOR Y SU EFICIENCIA ALUMNO: DE JESÚS JULIÁN EDUARDO
Profesor Velasco Clímaco Jesús Artemio
SECUENCIA: 2IM30
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INTRODUCCIÓN El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
Donde: (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada, (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida, (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada, e (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.
Por otro lado La ley de Lenz para el campo electromagnético relaciona cambios producidos en el campo eléctrico en un conductor con la variación de flujo magnético en dicho conductor, y afirma que las tensiones o voltajes inducidos sobre un conductor y los campos eléctricos asociados son de un sentido tal que se oponen a la variación del flujo magnético que las induce. Esta ley se llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834. En un contexto más general que el usado por Lenz, se conoce que dicha ley es una consecuencia más del principio de conservación de la energía aplicado a la energía del campo electromagnético. En este experimento se traba con corriente alterna, cuya característica principal es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o hertz posea esa corriente. No obstante, aunque se produzca un constante cambio de polaridad, la
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corriente siempre fluirá del polo negativo al positivo, tal como ocurre en las fuentes de FEM que suministran corriente directa.
OBJETIVOS Aplicar el fenómeno de inducción electromagnética. Describir los elementos determinantes en el fenómeno de inducción y emitir inferencias al respecto de éste fenómeno. Construir el arreglo de un transformador y estudiar las variantes que existen de transformadores.
Figura a MATERIAL UTILIZADO Núcleo de hierro laminado tipo “U” con barra para cerrar el circuito magnético. (figura a) Bobina de 52 vueltas. (Figura a) Bobina de 1550 vueltas (Figura a) Cables caimán – caimán. Cables banana – caimán. Fuente de energía. Multímetro.(figura b)
Figura b DESARROLLO EXPERIMENTAL
Figura 1
PROCEDIMIENTO Antes de comenzar a armar el aparato completo para poder trabajar, utilizamos el multímetro para comprobar que cada uno de los cables tuviera continuidad, y descubrimos que todos la tenían.
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Enseguida proseguimos a armar el aparato
tal y
como lo mostraba el esquema del manual y quedó como se observa en la figura 1. Lo primero que hicimos fue colocar las dos bobinas de 52 y 1, 550 vueltas en cada uno de los extremos del núcleo de hierro tipo “U” y colocamos la barra para cerrar el circuito magnético. Cabe mencionar que trabajamos con corriente alterna durante el experimento, así que pusimos tanto la fuente como el multímetro en corriente alterna. Una vez armado el circuito con el cual íbamos a trabajar, comenzamos a realizar el experimento. Como primero paso conectamos dos cables banana – banana de la fuente al multímetro y tomamos la primera medida (1.03 v), después usamos otro par de cables para conectar la fuente a la bobina de 52 vueltas y en el otro extremo, a la bobina de 1550 vueltas conectamos los cables del multímetro y tomamos otra medida que fue de 16.6v, y así obtuvimos nuestros primer par de datos. El profesor indicó que en total obtuviéramos 10 pares de datos como mínimo para poder realizar los cálculos de manera un poco más exacta y nosotros tomamos esos 10 datos, por lo que repetimos este mismo procedimiento diez veces, también nos advirtió el que no pasáramos de los 25v debido a que podríamos generar daños en el algún aparato. Una de las observaciones que realizamos fue que mientras más aumentaba el voltaje, el aparato producía una mayor vibración que se percibía en la mesa y se alcanzaba a oír un zumbido. Al final del experimento el profesor pasó una brújula alrededor del circuito magnético, lo cual produjo que la aguja apuntar hacia el mismo, demostrando que había quedado imantado. Una vez obtenidos los diez datos el profesor nos explicó los cálculos que deberíamos llevar a cabo.
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DATOS OBTENIDOS VOLTS V1 1.03 2.06 3.04 3.99 5.03 6 7.02 8.05 9 10.05
V2 17.6 46.5 70.8 94.7 121.8 146.7 169.4 189.1 203.9 217.5
V2 vs V1 250 f(x) = 22.69x + 2.41 R² = 0.99
200 150 V2 (volts)
100 50 0
0
2
4
6
8
10
12
V1 (volts)
GRAFICA DE LOS DATOS
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Como el coeficiente de correlación es mayor a 0.985 significa que si hay una ley física que explique el comportamiento del experimento y proseguimos a realizar los siguientes cálculos:
CÁLCULOS Parámetros de la línea de mejor ajuste. m= 22.686 b=2.4141 Volts r= 0.995 Ley física Ecuación de la recta: y= mx + b V 2=22.686(V 1)+2.4141 v
Fórmula obtenida de la teoría y comparando con la ecuación de la recta:
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V 1=
V 2 N1 N2
V 2=
V 1 N2 N1
V 2=
N2 V N1 1
V 2=m V 1 m=
N2 N1
N 1=
N2 m
N 1=
1550 =68.32 vueltas 22.686
Valor teórico: De la bobina 1 son 52 vueltas, el cual es nuestro valor teórico.
|52−68.32 |x 100 =31.38 52
%E=
CONCLUSIONES En conclusión tomamos de manera correcta las medidas debido a que obtuvimos una ley física que describiera el experimento con un coeficiente de correlación de mayor 0.985, sin embargo al realizar el error experimental de la práctica y obtener un 23.89% de error nos damos cuenta que está muy alejado del valor esperado ó teórico que en éste caso son 1 550 vueltas, por lo cual concluimos que las medidas que tomamos o los aparatos usados para tomarlas son inexactos. De haber obtenido un valor más cercano con un error experimental menor del 10% hubiéramos podido afirmar que nuestro experimento se había llevado a cabo de manera correcta. Por otro lado nos dimos cuenta que trabajar con una bobina pequeña y luego una más grande produce una elevación de voltaje puesto que las segundas mediciones fueron 7
mucho mayor que las primeras, además de demostrar los usos de trabajar con un transformador y utilizar corriente alterna.
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