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Teoría, Diseño y Construcción de Transformadores
★ Sobre la inercia térmica y el flujo en este simulador:
Al variar el control de
Carga Conectada, podrás observar cómo interactúan tres fenómenos físicos vitales:
- La cantidad de líneas de fuerza magnética aumenta proporcionalmente a la potencia exigida.
- Las corrientes en el primario y secundario se adaptan de forma automática al consumo.
- La temperatura del núcleo se eleva debido al Efecto Joule y las pérdidas magnéticas, simulando inercia térmica real.
1. ¿Qué es y cómo funciona?
Es una máquina eléctrica estática basada en la inducción electromagnética. Permite modificar la tensión (voltaje) y la corriente en un circuito de Corriente Alterna (CA), manteniendo la frecuencia constante y aislando galvánicamente los circuitos.
2. Corriente en Vacío vs Plena Carga
El primario solo absorbe corriente de la red en proporción a lo que consuma la carga conectada en el secundario. En vacío (carga al 0%), el primario apenas consume una corriente mínima (corriente de magnetización) y genera pocas líneas de fuerza. Al aumentar la carga al 100%, la absorción de la red sube a su límite nominal, saturando el núcleo de flujo magnético.
3. Corrientes Parásitas (Efecto de Foucault o Eddy)
Dado que el núcleo es de material conductor (metal), el campo magnético variable también induce voltajes *dentro del propio núcleo*. Esto genera corrientes cerradas en forma de remolinos ("Eddy currents").
El Problema: Estas corrientes generan un calor enorme por el Efecto Joule, robando eficiencia al transformador y calentándolo.
La Solución: Para eliminarlas, nunca se utiliza un bloque de metal sólido. El núcleo se lamina (se corta en chapas muy finas) y cada chapa se recubre con un barniz aislante. Esto actúa como un "muro" que corta el paso de los remolinos eléctricos. Además, se añade Silicio al hierro para aumentar su resistencia eléctrica natural.
4. Tipos de Núcleos y Otras Laminaciones
- Chapa E-I Estándar (No Orientado): Es la más común y económica en talleres escolares. Los cristales del hierro están desordenados. (Se usa Constante 42).
- Grano Orientado (GOES): Usado en el simulador. En su fabricación, los cristales del acero se "peinan" en la dirección del flujo. Esto aumenta la permeabilidad y la eficiencia (Constante 35).
- Núcleos Toroidales: Tienen forma de dona perfecta. Al no tener "esquinas", el flujo magnético viaja en un círculo cerrado sin fugas al aire. Son extremadamente eficientes y se usan en equipos de audio de alta fidelidad.
- Metal Amorfo: Su estructura atómica carece de red cristalina (se asemeja al vidrio). Presentan pérdidas magnéticas ultrabajas, siendo la vanguardia tecnológica actual.
5. Matemática de Taller (Simulador: 500W)
En el simulador, asumimos un transformador ideal: Potencia Primario = Potencia Secundario.
Regla de oro: Lo que se gana en tensión, se pierde en corriente.
A. Sección del Núcleo (S) y Espiras (N)
S = √Potencia = √500 = 22.36 cm².
Con núcleo GOES (constante 35): N/V = 35 / 22.36 = 1.565 espiras / Voltio.
- Primario (220V): 220V × 1.565 = 344 espiras.
- Secundario (24V): 24V × 1.565 = 38 espiras.
B. Cálculo del Grosor del Alambre (Densidad 3 A/mm²)
- Primario: (500W / 220V) / 3 = 0.76 mm² (Alambre fino).
- Secundario: (500W / 24.3V) / 3 = 6.86 mm² (Alambre muy grueso).
6. Resumen de Bobinado en Banco de Trabajo
Se enrollan ordenadamente las espiras del primario en el carrete. Se aísla completamente con papel prespan ignífugo (barrera galvánica de seguridad). Se enrolla el alambre grueso del secundario. Se arma el núcleo intercalando las chapas E-I para evitar espacios de aire. Finalmente, se sumerge en barniz dieléctrico y se hornea para solidificar y aislar.