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• Rafael Rivas

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CUESTIONARIO 1) ¿Qué es par?, ¿Qué papel cumple el par en el movimiento rotacional de las máquinas? -Es una fuerza de torsión aplicada a un objeto rotatorio o, en otras palabras, es la fuerza aplicada a un objeto por la distancia mínima entre la línea de acción de la fuerza y el eje de rotación del objeto. - Esta fuerza llamada par provoca un cambio en la velocidad del objeto, ya sea a favor o en contra. 2) ¿Cuál es la ley de Ampere? En magnetismo, se refiere a que la integral de línea de H sobre cualquier trayectoria cerrada es exactamente igual a la corriente encerrada por dicha trayectoria. En otras palabras, quiere decir, que la circulación de la intensidad del campo magnético en un contorno cerrado es proporcional a la corriente que recorre en ese contorno.

3) ¿Qué es intensidad de campo magnético?, ¿Qué es densidad de flujo magnético?, ¿Cómo se relacionan los anteriores? H: Es el efecto que ejercen las corrientes eléctricas sobre la región o espacio en la que se encuentra. Matemáticamente sus unidades son los Teslas (T). B: La densidad del flujo magnético en una región de un campo magnético equivale al número de líneas de fuerza que atraviesan perpendicularmente a la unidad de área. -Siempre que exista una intensidad de campo magnético se sabe que existirá un flujo magnético en cierta dirección así que se conocerá la cantidad de flujo que pasa en una determinada área transversal a la dirección de la misma intensidad de campo magnético mediante la siguiente ecuación. = ∗ Dónde: B (Densidad de flujo magnético), µ (permeabilidad magnética) y H (intensidad de campo magnético). 4) ¿Cómo ayudan los conceptos de circuito magnético equivalente para diseño de los núcleos de los transformadores y las máquinas? Ayudan considerablemente pues se hace una analogía respecto a los circuitos eléctricos al entender que, al diseñar un transformador o máquinas eléctrica, conlleva a interpretar que existirá una fuerza magnetomotriz (Fuerza electromotriz), un flujo (corriente), una reluctancia (resistencia); para los cuales, ya se conocen métodos de análisis al tratarse de una similitud. 5) ¿Qué es reluctancia? Es la resistencia u oposición que ejerce un material ferromagnético o del aire, al paso de un flujo magnético cuando es influenciado por un campo magnético.

6) ¿Qué es un material ferromagnético?, ¿Por qué es tan alta la permeabilidad de un material ferromagnético? -Son compuestos de hierro y sus aleaciones que se utilizan para el diseño y constitución de núcleos de los transformadores y maquinas eléctricas. Su función principal es dar forma a los campos, de modo que se logren hacer máximas las características de producción de par pues poseen la propiedad de alta inducción magnética. -Teniendo en cuenta que la definición de permeabilidad magnética, puede explicarse que, mientras más alta sea la permeabilidad de un material, de esta manera el flujo magnético tendrá mayor libertad de pasar por ese material ferromagnético. En analogía con un circuito eléctrico es el equivalente a la conductancia.

7) ¿Cómo varía la permeabilidad relativa de un material ferromagnético con la fuerza magnetomotriz? La permeabilidad magnética relativa es el resultado de dividir la permeabilidad del material ferromagnético entre la permeabilidad del vacío, los cuales no cambian respecto al tiempo teniendo en cuenta que se encuentren en condiciones normales o ya establecidas para su correcto desempeño. Ahora si se aplica una fuerza magnetomotriz demasiado alta para el material ferromagnético, se producirá un sobreflujo y esto conlleva un aumento de temperatura y por ende provocará una disminución en la permeabilidad relativa del material ferromagnético. 8) ¿Qué es histéresis? Explique la histéresis en términos de la teoría de los dominios. -La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado. -Los materiales ferromagnéticos en su estructura poseen ciertas regiones llamadas dominios en las que todos los átomos se alinean con los campos magnéticos, apuntando en una misma dirección, de modo que cada dominio actúa como un pequeño imán permanente. Al aplicar un campo magnético externo, cada uno de estos dominios se van alineando progresivamente hasta que se produce un flujo de campo magnético y por éste efecto, se van alineando cada vez más dominios en la misma dirección provocando un flujo toral saturado (ya no hay más dominios para alinearse). Cuando se quita el campo magnético, se puede evidenciar la histéresis pues los dominios alineados no cambiarán la dirección que adquirieron a menos que se aplique una fuente de energía externa. 9) ¿Qué son las pérdidas por corrientes parásitas?, ¿Qué se puede hacer para minimizar las pérdidas por corrientes parásitas en un núcleo? Las corrientes parásitas causan pérdidas de energía debido a que fluyen en un medio resistivo (el hierro del núcleo), pues la energía disipada se convierte en calor en el núcleo. La cantidad de energía perdida debido a las corrientes parásitas es proporcional a la distancia de los caminos recorridos dentro del núcleo. -En la mayoría de los núcleos para transformadores se acostumbra a cortar el núcleo ferromagnético que va a estar sujeto al flujo alterno en pequeñas tiras o láminas, y construirlo con ellas. Para limitar al mínimo los recorridos de las corrientes parásitas, se

utilizan resinas aislantes entre las diferentes láminas. Debido a que las capas aislantes son extremadamente delgadas, su efecto sobre las propiedades magnéticas del núcleo es muy pequeño. 10) ¿Por qué todos los núcleos expuestos a la acción de campos magnéticos alternos son laminados? Son así porque de esta manera se minimizan las pérdidas por corrientes parásitas en el núcleo, ya que la cantidad de energía perdida debida a las corrientes parasitas es proporcional a la distancia de los caminos recorridos dentro del núcleo. 11) ¿Cuál es la Ley de Faraday? Esta ley estable que, si un flujo atraviesa una espira de alambre conductor, se inducirá en esta un voltaje directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo con respecto al tiempo.

El signo menos de la ecuación es una expresión de la ley de Lenz, la cual establece que la dirección del voltaje y por lo tanto del campo magnético inducido, en todo momento será opuesto al campo magnético que lo provoca. 12) ¿Qué condiciones se requieren para que un campo magnético produzca una fuerza sobre un alambre conductor? Se requiere que la dirección del vector densidad de flujo magnético ⃗ y la dirección del flujo de corriente no sean iguales ni paralelas debido a que, si son paralelas el ángulo  entre ellas sería cero y por lo tanto no habría una fuerza inducida. = ∗ ∗ ∗ sin 13) ¿Qué condiciones se requieren para que un campo magnético produzca voltaje en un alambre conductor? Se requiere que la orientación del vector “l” que es la misma dirección en la que se desplaza la longitud del alambre sea distinta de la dirección del vector densidad de flujo ⃗, se necesita que no sean paralelos entre sí. Además, se requiere que “v” siempre sea perpendicular a “B”. = ( × sin 90) ∗ cos

14) ¿Por qué la máquina lineal es un buen ejemplo del comportamiento observado en las máquinas DC reales? Porque opera con los mismos principios y presenta la misma conducta que los generadores y los motores reales, ya que muestra un circuito sencillo que consta de una batería y una resistencia conectadas a través de un interruptor a un par de rieles lisos sin rozamiento. En el lecho de esta vía férrea hay un campo magnético constante de densidad uniforme.

15) La máquina lineal de la figura 1-19, se mueve en condiciones de estado estacionario. ¿Qué le ocurrirá a la barra si se incrementa el voltaje en la batería? Explique en detalle.

Si se encuentra en estado estacionario, = en ese momento, entonces cuando se incremente como se observaría en la ecuación ↑

=

quiere decir que la velocidad es constante provocará un aumento en la corriente “i” así que nos lleva a analizar la siguiente

ecuación notando que la fuerza inducida aumenta de tal manera que ahora, lo cual ↑ = ↑ provocará aceleración en la barra = ∗ por lo tanto habrá un aumento en la velocidad de la barra y por ende un aumento en el voltaje inducido sobre la barra hasta el momento en el que

=

de nuevo.

16) Justifique cómo un decremento del flujo produce un incremento en la velocidad de la máquina lineal. Si el flujo () decrece, quiere decir que la densidad de campo magnético también lo hace mediante la siguiente ecuación ↓ = ↓ ∗ , entonces si analizamos la ecuación de la

=

podemos determinar que al depender ∗ la velocidad de un aumento o disminución de densidad de flujo, la velocidad tendrá un efecto inversamente proporcional respecto al mismo.

velocidad de estado estacionaria