Descubre las funciones y usos del transformador eléctrico
Los transformadores tienen un papel fundamental en el avance de la industria de la electricidad. Gracias a su existencia, se hizo viable y económico el traslado de energía eléctrica a largas distancias. Un transformador eléctrico es un dispositivo de corriente alterna estático que permite ajustar ciertas características de la corriente, como el voltaje o la intensidad, mientras mantiene constante la frecuencia y la potencia en un escenario ideal.
Componentes del transformador eléctrico
Los transformadores están constituidos por chapas de acero al silicio aisladas entre sí, formando el núcleo. Este núcleo se divide en dos partes principales: las columnas, en las que se montan los devanados, y las culatas, que permiten la unión entre columnas. Gracias a su gran capacidad para conducir el flujo magnético, el núcleo juega un papel fundamental en el funcionamiento de los transformadores.
Por otro lado, el devanado se compone de un hilo de cobre enrollado alrededor del núcleo en uno de sus extremos, recubierto por una capa aislante de barniz. Este devanado cuenta con dos bobinas, la primaria y la secundaria, cuya relación de vueltas determina la relación de transformación del transformador. Aunque su nombre indica distintas funciones, primario y secundario se refieren simplemente al lugar donde se aplica la tensión de entrada y se obtiene la tensión de salida, respectivamente.
Efectividad de los transformadores eléctricos
Los transformadores utilizan la ley de inducción electromagnética para funcionar. Al aplicar una tensión en el devanado primario, se genera un flujo magnético en el núcleo de hierro que se transfiere al secundario. De acuerdo con la ley de Lenz, esta variación del flujo solo es posible con corriente alterna, por lo que los transformadores no pueden usarse con corriente continua.
La relación de transformación, expresada como (rt), es una medida que indica el número de vueltas del devanado del primario (Np) en comparación con el número de vueltas del secundario (Ns). A su vez, esta relación afecta las tensiones que se aplican (Vp) y se obtienen (Vs) en cada devanado, así como la intensidad que fluye en el primario (Is) y se genera en el secundario (Ip).
Tipos de transformadores eléctricos
Existen varios tipos de transformadores que se dividen en dos grupos principales: los transformadores de potencia y los de medida.Los transformadores de potencia se utilizan para modificar la tensión de un circuito de corriente alterna sin alterar su potencia. Este funcionamiento se basa en la inducción electromagnética.
Su principal característica es que aumentan el voltaje de salida en comparación con el voltaje de entrada. Esto se logra gracias a que el número de espiras del devanado secundario es mayor que el del devanado primario.
Comparativa entre el transformador ideal y el transformador real
Las pérdidas de calor en los transformadores reales son un fenómeno común causado por los materiales utilizados en su construcción. Estas pérdidas, que se presentan en forma de calor, pueden ser de diversos tipos:
- Pérdidas en el hierro: se refieren a la cantidad de energía disipada por el núcleo de hierro del transformador debido a las corrientes inducidas.
- Pérdidas en el cobre: son aquellas causadas por la resistencia del alambre de cobre que se utiliza para hacer las bobinas del transformador.
- Pérdidas dieléctricas: se originan en el aislamiento eléctrico entre los diferentes devanados del transformador, donde una pequeña cantidad de energía se pierde en forma de calor.
Estas pérdidas de calor pueden tener un impacto significativo en la eficiencia de un transformador. Por esta razón, es importante controlarlas y minimizarlas en la medida de lo posible. Existen diversos métodos para reducir estas pérdidas, desde el uso de materiales de alta calidad hasta la implementación de técnicas de diseño avanzadas.
Tipos de transformadores eléctricos
Transformadores: Fundamentos y aplicacionesLos transformadores funcionan a través de la inducción electromagnética, es decir, mediante la generación de un flujo magnético al aplicar una fuerza o tensión en el devanado primario. Este flujo se propaga desde el devanado primario hasta el secundario, produciendo una fuerza electromagnética en este último.
Por supuesto, para que este fenómeno tenga lugar es necesario que la corriente sea alterna, ya que solo así se produce una variación en el flujo magnético. Por lo tanto, cabe subrayar que los transformadores no pueden ser utilizados con corriente continua.
Debido a su eficiencia y versatilidad, los transformadores tienen múltiples aplicaciones en diferentes ámbitos. Entre las más comunes se encuentran: industrias, comercios, desarrollos urbanos, estaciones de bombeo y sistemas de generación de energía. Sin duda, su uso es fundamental en la distribución y utilización de la energía eléctrica en la vida moderna.
Principio de funcionamientoeditar
Los transformadores operan gracias al principio de inducción electromagnética, cuya explicación matemática se encuentra en las ecuaciones de Maxwell.
Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario o inductor, generada por la corriente eléctrica que lo atraviesa, se produce la inducción de un flujo magnético en el núcleo de hierro.
Según la ley de Faraday, si este flujo magnético varía, se genera una fuerza electromotriz en el devanado secundario o inducido.
De esta manera, los circuitos eléctricos primario y secundario quedan conectados mediante un campo magnético.
La magnitud de la tensión inducida en el devanado secundario depende de la relación entre el número de espiras del devanado primario y secundario, así como de la tensión aplicada en el devanado primario.
Esta relación se conoce como la relación de transformación.
Componentes de un transformadoreditar
El transformador es un dispositivo esencial en la transmisión de energía eléctrica. Este aparato se encarga de convertir corrientes eléctricas en tensiones adecuadas para su uso en diferentes dispositivos.
El núcleo de un transformador es la parte fundamental por la que circula el campo magnético entre los devanados primario y secundario. Su objetivo es mantener este flujo magnético confinado dentro de él, evitando que pase por el aire y reduciendo posibles pérdidas en el núcleo.
Dependiendo de la finalidad del transformador, su núcleo puede tener diferentes formas y estar compuesto por materiales variados. Por lo general, está formado por varias hojas de metal apiladas, sin soldaduras, similar a un libro. Esta configuración por láminas busca reducir posibles corrientes de Foucault y mejorar la eficiencia del transformador.
Existen también transformadores que no poseen un núcleo, siendo conocidos como sin núcleo o con núcleo de aire. A diferencia de los convencionales, estos transformadores no presentan pérdidas por histéresis o corrientes de Foucault, pero su inductancia de dispersión es muy alta, dificultando su uso en la transmisión de potencia.
No obstante, los transformadores de núcleo de aire tienen un ancho de banda más amplio, lo que los hace ideales para aplicaciones en radiocomunicación y sistemas de carga inalámbrica, como bobinas de Tesla.
Historiaeditar
El descubrimiento de Michael Faraday en 1831 acerca del fenómeno de la inducción electromagnética es la base del funcionamiento del transformador. Se ha demostrado que cualquier cambio en el flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado produce una corriente inducida, que solo permanece mientras se produce el cambio del flujo magnético.
El sacerdote Nicholas Joseph Callan inventó la primera "bobina de inducción" en 1836 en la Universidad de Maynooth en Irlanda. Callan fue uno de los primeros investigadores en entender que aumentando el número de espiras en el secundario en relación con el bobinado primario, se incrementaría la tensión eléctrica.
Los científicos e investigadores se enfocaron en desarrollar bobinas de inducción que pudieran generar tensiones aún mayores en las baterías. En lugar de utilizar corriente alterna (CA), su mecanismo se basó en un sistema "on& off" que interrumpía regularmente el flujo de la corriente directa (DC) proveniente de las baterías.
