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LABORATORIO N° 06 ““ELECTROMAGNETISMO”

CARRERA

: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

CICLO

:I

SECCIÓN

: “A”

DOCENTE

: JARA BENITES PEDRO

CURSO

: LABORATORIO DE ELECTRICIDAD

ALUMNOS

: -

ARRIAGA TUMBAJULCA VICTOR

-

ESCUDERO CAMPOS PERCY

FECHA DE ENTREGA : 08/11/2017

2017 - II

INTRODUCCIÓN

En este informe presentamos como se realizó el laboratorio N° 6 de electricidad a partir de los procesos teóricos en el cual daremos a conocer el fenómeno de electromagnetismo en los transformadores; asimismo conocer sus usos en la actualidad, su definición, y la tarea que este tiene en una subestación eléctrica y el mundo de las maquinas eléctricas definiéndolo por el tipo de presentación para darle un uso adecuado. Asimismo, realizamos una práctica guiada en el laboratorio por nuestro docente Pedro Jara Benites, en donde realizamos las mediciones de magnitudes eléctricas a un transformador tales como resistencias, tensión, corriente y continuidad, a partir de ello definir o identificar el tipo de transformador y el tipo de trabajo que debe cumplir en una maquina o estación eléctrica.

I.

II.

OBJETIVOS: • Verificar en un electroimán la relación entre la fuerza magnética, la tensión y la corriente. • Detectar la presencia de un campo magnético en un transformador. • Definir el tipo de transformador estudiado y determinar el trabajo que debe cumplir. FUNDAMENTO TEÓRICO:

2.1 ELECTROMAGNETISMO: TRANSFORMADOR El óxido ferroso-férrico, al que los antiguos llamaron magnetita, poseía la propiedad de atraer partículas de hierro. Hoy en día la magnetita se conoce como imán natural y a la propiedad que tiene de atraer los metales se le denomina “magnetismo”. 2.2 IMANES PERMANENTES Cualquier tipo de imán, ya sea natural o artificial, posee dos polos perfectamente diferenciados: uno denominado polo norte y el otro denominado polo sur.

Figura 1. Imán permanente Una de las características principales que distingue a los imanes es la fuerza de atracción o repulsión que ejercen sobre otros metales las líneas magnéticas que se forman entre sus polos. Cuando enfrentamos dos o más imanes independientes y acercamos cada uno de ellos por sus extremos, si los polos que se enfrentan tienen diferente polaridad se atraen (por ejemplo, polo norte con polo sur), pero si las polaridades son las mismas (polo norte con norte, o polo sur con sur), se rechazan.

Figura 2. Polaridad de imanes.

Si enfrentamos dos imanes con polos diferentes se atraen, mientras que si los polos enfrentados son iguales, se repelen. Cuando aproximamos los polos de dos imanes, de inmediato se establecen un determinado número de líneas de fuerza magnéticas de atracción o de repulsión, que actúan directamente sobre los polos enfrentados. Las líneas de fuerza de atracción o repulsión que se establecen entre esos polos son invisibles, pero su existencia se puede comprobar visualmente si espolvoreamos limaduras de hierro sobre un papel o cartulina y la colocamos encima de uno o más imanes. 2.3 INDUCCIÓN MAGNÉTICA Si cogemos un alambre de cobre o conductor de cobre, ya sea con forro aislante o sin éste, y lo movemos de un lado a otro entre los polos diferentes de dos imanes, de forma tal que atraviese y corte sus líneas de fuerza magnéticas, en dicho alambre se generará por inducción una pequeña fuerza electromotriz (FEM), que es posible medir con un galvanómetro, instrumento semejante a un voltímetro, que se utiliza para detectar pequeñas tensiones.

Figura 3. Inducción magnética. Este fenómeno físico, conocido como "inducción magnética" se origina cuando el conductor corta las líneas de fuerza magnéticas del imán, lo que provoca que las cargas eléctricas contenidas en el metal del alambre de cobre (que hasta ese momento se encontraban en reposo), se pongan en movimiento creando un flujo de corriente eléctrica. Es preciso aclarar que el fenómeno de inducción magnética sólo se produce cada vez que movemos el conductor a través de las líneas de fuerza magnética. Sin embargo, si mantenemos sin mover el alambre dentro del campo magnético procedente de los polos de los dos imanes, no se inducirá corriente alguna. En esa propiedad de inducir corriente eléctrica cuando se mueve un conductor dentro de un campo magnético, se basa el principio de funcionamiento de los generadores de corriente eléctrica.

2.4 ELECTROMAGNETISMO En 1820 el físico danés Hans Christian Oerted descubrió que entre el magnetismo y las cargas de la corriente eléctrica que fluye por un conductor existía una estrecha relación. Cuando eso ocurre, las cargas eléctricas o electrones que se encuentran en movimiento en esos momentos originan la aparición de un campo magnético tal a su alrededor, que puede desviar la aguja de una brújula.

Figura 4. Electromagnetismo. Si cogemos un trozo de alambre de cobre desnudo, recubierto con barniz aislante y lo enrollamos en forma de espiral, habremos creado un solenoide con núcleo de aire. Si a ese solenoide le aplicamos una tensión o voltaje, desde el mismo momento que la corriente comienza a fluir por las espiras del alambre de cobre, creará un campo magnético más intenso que el que se origina en el conductor normal de un circuito eléctrico cualquiera cuando se encuentra extendido, sin formar espiras.

Figura 5. Polaridad en bobina.

Después, si a esa misma bobina con núcleo de aire le introducimos un trozo de metal como el hierro, ese núcleo, ahora metálico, provocará que se intensifique el campo magnético y actuará como un imán eléctrico (o electroimán), con el que se podrán atraer diferentes objetos metálicos durante todo el tiempo que la corriente eléctrica se mantenga circulando por las espiras del enrollado de alambre de cobre.

Figura 6. Electroimán. Los transformadores son probablemente la parte de equipo de mayor uso en la Industria Eléctrica, cuyo principio básico de funcionamiento es la inducción magnética mutua entre dos bobinas o devanados. Una variación en la corriente que pasa por uno de los devanados induce una tensión en el otro devanado. Todos los transformadores poseen un devanado primario y uno o más secundarios; el primario recibe energía eléctrica de una fuente de alimentación y acopla esta energía al devanado secundario mediante un campo magnético variable. Los transformadores son indispensables en la industria ya que pueden convertir la potencia eléctrica, que está a una corriente y tensión dada, en una potencia equivalente a otra corriente y tensión. Por deducción sacamos esta otra ecuación que define la relación de espiras de las dos bobinas del transformador y las dos tensiones existentes del circuito del transformador ideal sin carga:

Donde; E1 = es la tensión generada en la bobina primaria E2 = es la tensión generada en la bobina secundaria N1 = es el número de espiras de la bobina primaria N4 = es el número de espiras de la bobina primaria a = es la relación de espiras entre la bobina primaria y la bobina secundaria. El tamaño de la línea o de la tensión E2 siempre dependerá del número de espiras de la bobina secundaria, del mismo modo que el tamaño de la línea o de la tensión E1 dependerá del número de vueltas de la bobina primaria.

Figura 7. El transformador ideal con carga Sin embargo, si deseamos conocer la relación de intensidades, debemos incorporar una carga Z. Esto sucede así porque consideramos la intensidad magnetizante insignificante o muy pequeña cuando realizamos la relación entre tensiones. Al colocar una carga Z al transformador, inmediatamente surge una intensidad I2 en la bobina secundaria. También hay que saber, que la tensión E2 no varía al conectarle una carga. Así tenemos que la intensidad que pasa por el secundario es:

y que la ecuación de las tensiones continúa siendo la misma:

Si analizamos las fuerzas magnetomotrices de las dos bobinas para conocer las intensidades, sabremos que la fuerza magnetomotriz de la bobina secundaria genera: I2N2. Como sabemos que las tensiones no cambian al conectar una carga, también sabemos que el flujo tampoco cambia, así que la bobina primaria tiene que generar una fuerza magnetomotriz capaz de contrarrestar la fuerza magnetomotriz de la bobina secundaria, de este modo obtenemos que: I1N1. Por otro lado, como la I2 esta determinada por la carga y, como la I1 tiene que realizar una función compensadora, esto quiere decir que las intensidades están en fase. De esta forma podemos deducir la siguiente ecuación:

Conociendo la ecuación: podemos realizar la siguiente relación:

Donde; I1 = es la intensidad que pasa por la bobina primaria I2 = es la intensidad que pasa por la bobina secundaria N1 = es el número de espiras de la bobina primaria N4 = es el número de espiras de la bobina primaria a = es la relación de espiras entre la bobina primaria y la bobina secundaria. Si realizamos una comparación entre las dos fórmulas que relacionan las tensiones y las intensidades:

Se llega a la conclusión de que la relación de intensidad es inversamente proporcional a la relación de tensiones del transformador. Lo que quiere decir que la entrada de potencia aparente en el transformador (E1I1 ) es igual a la salida de potencia aparente del transformador ( E 2I2 ). En el supuesto de que no fueran iguales, querría decir que el transformador está consumiendo potencia, algo que no es posible que ocurra en un transformador ideal.

III.

EQUIPOS Y MATERIALES: Los equipos y materiales necesarios patra llevar acbo nuestra practica en el laboratorio son los siguientes: Cantidad

Descripción

Marca Lab-Volt AMPROVE Lab-Volt

Modelo

Observación

01 02 01

Fuente de tensión Multímetro digital. Módulo de resistores.

01

Transformador.

20

Cables de conexión

Buenas condiciones

01

Equipos de Protección Personal TECSUP TABLA 1. Equipos y materiales.

Buenas condiciones

Lab-Volt

Buenas condiciones 33XR-A Buenas condiciones Buenas condiciones Buenas condiciones

IV.

MÉTODOS Y PROCEDIMIENTO:

A. ELECTROMAGNETISMO: TRANSFORMADOR Verificar la continuidad de cada devanado del transformador Use la escala más baja del ohmímetro, mida y anote la resistencia de cada uno de los devanados en la tabla 2.

TERMINALES

RESISTENCIA ( )

EXISTE CONTINUIDA D SI o NO

1a2

35 Ω

SI

3a4

110 Ω

SI

3a7

54 Ω

SI

7a8

41 Ω

SI

8a4

16 Ω

SI

5a6

34 Ω

SI

5a9

16 Ω

SI

9a6

18 Ω

SI

1a3

OL

NO

7a9

OL

NO

TABLA 2. Continuidad en los devanados. 1

2

5

6

3

4

Figura 8. Terminales del transformador en el módulo de laboratorio.

Comprobar la relación de transformación en un transformador A continuación, medirá las tensiones del secundario, sin carga, cuando se aplican 120 VAC al devanado primario. a. Conecte el circuito que se ilustra en la figura 9 y solicite la aprobación del instructor para encender la fuente. b. Ajuste la fuente de alimentación a 120 VAC con el voltímetro V 1. c. Mida y anote las tensiones de salida con el voltímetro V 2, de acuerdo con las indicaciones de la tabla 2. 1

V1

120 V

3

5

7

9

V2

8 2

4

6

Figura 9. Medición de la relación de transformación.

DEVANADOS

RELACIÓN DE

PRIMARIO (V1)

SECUNDARIO (V2)

TRANSFORMACIÓN a = V1 / V 2

1 a 2 = 100 V

3 a 4 = 172 V

Elevador

1 a 2 =100 V

5 a 6 =99,5 V

Aislador

1 a 2 =100 V

3 a 7 =86 V

Reductor

1 a 2 =100 V

7 a 8 =63 V

Reductor

1 a 2 =100 V

8 a 4 =23 V

Reductor

1 a 2 =100 V

5 a 9 =50 V

Reductor a mitad

1 a 2 =100 V

9 a 6 =50 V

Reductor a mitad

TABLA 3. Relación de transformación.

Determinar el efecto de saturación del núcleo del transformador a. Conecte el circuito mostrado en la figura 10 y pida la aprobación del instructor para encender la fuente. A

1

3

V1

0 - 120 V

V2

2

4

Figura 10. Circuito para prueba de saturación del transformador.

b. Mida y anote la corriente de excitación I y la tensión de salida V2 para cada tensión de entrada que se indica en la tabla 4.

TENSIÓN PRIMARIA (V1) ENTRADA 1 – 2 10 20 30 40 60 80 100

TENSIÓN SECUNDARIA (V2) ENTRADA 3 - 4 17,35 V

CORRIENTE DE EXCITACIÓN (mA)

34,92 V

1,83 mA

51,5 V

2,32 mA

69 V

2,74 mA

104,5 V

3,46 mA

139,4 V

4,07 mA

174,9 V

4,64 mA

TABLA 4. Curva de saturación.

1,5 mA

c. Graficar la corriente de excitación (I) respecto de la tensión primaria (V1), luego trace una curva continua que pase por los puntos obtenidos y observe que la corriente de magnetización aumenta rápidamente después de alcanzar cierta tensión de entrada.

Tensión v1

100 80 60 40 30 20 10 0

1.5mA 1.83mA 2.34mA 2.74mA 3.46mA 4.07mA 4.64mA Corriente de excitación TABLA 5. Gráfica I vs Tv1.

V.

ANÁLISIS DE RESULTADOS: Después de experimentar las relaciones entre los diferentes puntos de entrada y salida del transformador estudiado, se comprueba claramente que se cumple la formula asignada en teoría. Con las herramientas necesarias en este laboratorio se llega comprobar y determinar el tipo de transformador que se está examinando, pues a partir de ello sabremos el uso que se le puede dar.

VI.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ✓

Electromagnetismo:

Es la interacción que se establece entre campos magnéticos y campos eléctricos.

El electromagnetismo se encarga de la descripción de los fenómenos que se desarrollan a partir de la intervención de cargas eléctricas, tanto en movimiento como en reposo, que dan lugar a campos magnéticos y eléctricos y que producen electricidad. ✓ Transformador Elevador: Este tipo de transformadores tienen la capacidad de aumentar el voltaje de salida en relación con el voltaje de entrada que inversamente proporcional a la corriente. En estos transformadores el número de espiras del devanado secundario es mayor al del devanado primario. N1 < N2 •

✓

Por ejemplo, si tienes un motor que funciona con 220 V y solo cuentas con 110 V.

Transformador Reductor:

En este caso los transformadores eléctricos reductores tienen la capacidad de disminuir el voltaje de salida en relación con el voltaje de entrada. En estos transformadores el número de espiras del devanado primario es mayor al secundario. N1 > N2 Un transformador elevador puede funcionar como reductor, solo es cuestión de conectar al revés, del mismo modo que un transformador reductor puede convertirse en elevador. ✓ Transformador Aislador: Proporciona aislamiento o protección entre la entrada y la salida, en estos transformadores se mantienen constantes todas las magnitudes eléctricas. N1 = N2

I1 = I2

V1 = V2 y en todo transformador P1 = P2

Se utiliza principalmente como medida de protección en diferentes artefactos, maquinas eléctricas y subestaciones eléctricas.

VII.

CUESTIONARIO: 1. Los devanados 1 a 2 y 5 a 6 tienen 500 vueltas de alambre. El devanado 3 a 4 tiene 865 vueltas. Calcule las siguientes relaciones de vueltas: a) devanado 1 a 2 devanado 5 a 6

=

Resultado:

TRASFORMADOR AISLADOR: Cumple la función de protección a un artefacto o un motor eléctrico en caso de una falla en la red eléctrica, provocándose un corto circuito en las entradas de la bobina sin afectar a las salidas.

•

b)

=

=

devanado 1 a 2 devanado 3 a 4

=

Resultado: •

=

=

,

TRANSFORMADOR ELEVADOR: Su función es elevar la tensión en el otro extremo de la bobina, es decir en sus puntos de salida nos dará un mayor voltaje que en sus puntos de entrada, este a su vez al estar elevando el voltaje está disminuyendo la intensidad de corriente; algo contrario sucede con el transformador reductor:

2. ¿Cuántas espiras tendrá el secundario de un transformador, si su relación de transformación es 1: 5 y el primario tiene 30 vueltas?

=

=

=

Resultado: •

El bobinado secundario del transformador tendrá 150 espiras.

3. ¿Cuánto indicaría un amperímetro si se conectara en el secundario del transformador de la pregunta anterior, sabiendo que el amperímetro del lado primario indica 3 mA?

=

=

=

,

Respuesta: En el lado secundario del transformador se indicaría 0,6 mA.

9. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA:

Luis. ( 17 de Mayo de 2016). Funcionamiento de los transformadores. Obtenido de ENDESA educa: http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursosinteractivos/conceptos-basicos/funcionamiento-de-los-transformadores

10. ANEXOS:Imágenes de la practica en el laboratorio.

TECNOLOGIA DE LA MECANICA ELECTRICA Rúbrica

3. Conducen pruebas, analizan e interpretan sus resultados, para evaluar y mejorar sistemas electromecánicos.

Resultado:

5. Trabajan eficazmente en equipo. Criterio de desempeño:

3.1 Realizan pruebas con instrumentos y equipos en sistemas de diversa tecnología, utilizando procedimientos y normas establecidas.

Curso:

Electricidad

Ciclo:

I

LABORATORIO Nº1 : ELECTROMAGNETISMO

Pedro Benites Jara

Nombre y apellido Arriaga Tumbajulca Víctor Manuel del alumno:

Observaciones

Escudero Campos Percy

Sección:

La actividad se realiza en grupo de dos alumnos.

Periodo:

C10

Docente:

10-11-17 2017-II

Fecha:

Documento de Evaluación Hoja de Trabajo

Archivo informático

x

Informe Técnico

Planos

Caso

Otros:

CRITERIOS DE EVALUACIÓN Requiere

a. Capacidades tecnológicas Realiza mediciones de corriente continua utilizando un amperímetro. Analiza la relación entre la tensión y la corriente (ley de ohm)

Excelente

Bueno

Mejora

No aceptable

4

3

2

0

4

3

2

0

3

2

1

0

2

1

0

Puntaje Logrado

Grafica la relación lineal entre voltaje y corriente Demuestra conocimiento acerca de los temas tratados

3

Puntaje parcial

Puntaje alcanzado 1

Requiere

b.-Procedimiento y actitudes Presenta informe (presentación, redacción, ortografía, resultados y conclusiones) Trabaja en equipo (orden, colaboración) Trabaja con orden e iniciativa respetando las normas de laboratorio.

Puntaje Total

Excelente

Bueno

Mejora

No aceptable

3

2

1

0

3

2

1

0

Puntaje alcanzado 2 PUNTAJE TOTAL 1 + 2

Puntaje Logrado

Comentarios al o los alumnos: (De llenado obligatorio)

Descripción

Excelente Completo entendimiento del problema realiza la actividad cumpliendo todos los requerimientos.

Bueno

Requiere Mejora

No aceptable

Entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo la mayoría de los requerimientos.

Bajo entendimiento del problema, realiza la actividad cumpliendo pocos de los requerimientos.

No demuestra entendimiento del problema o de la actividad.