Practica de laboratorio de electromagnetismo \"transformador y su eficiencia\" PDF

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALUNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DEINGENIERIAS Y CIENCIAS SOCIALES YADMINISTRATIVAS(UPIICSA)LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMOEXPERIMENTO:EL TRANSFORMADOR Y SU EFICIENCIAProf. Enrique Álvarez González✓ Antonio García Frida Carolina✓ Castañeda Buenfil Eduardo✓ Gutiérr...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIAS Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS (UPIICSA)

LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO

EXPERIMENTO: EL TRANSFORMADOR Y SU EFICIENCIA

Prof. Enrique Álvarez González ✓ Antonio García Frida Carolina ✓ Castañeda Buenfil Eduardo ✓ Gutiérrez Cortes Vanessa Graciela

CIUDAD DE MEXICO A 27 DE MAYO DE 2021

Índice

Objetivo……………………………………………………………………………………………………………………3 Introducción teórica……………………………………………………………………………………………….3 Aplicación de los transformadores………………………………………………………………………5 Material y equipo utilizado……………………………………………………………………………………6 Desarrollo del experimento……………………………………………………………………………………7 Grafica……………………………………………………………………………………………………………………..9 Hipótesis..............………………………………………………………………………………………………..……10 Criterio de aceptación……………………………………………………………………………………………10 Verificación de la hipótesis……………………………………………………………………………………10 Ley física………………………………………………………………………………………………………………… 11 Error experimental………………………………………………………………………………………………….11 Conclusiones…………………………………………………………………………………………………………..12 Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………12

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OBJETIVO Determinar el voltaje de salida de un transformador

INTRODUCCIÓN TEÓRICA Un transformador es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, es igual a la que se obtiene a la salida. El transformador consta de dos o más bobinas de alambre devanadas sobre un núcleo común de hierro laminado, o bien sobre núcleos muy cercanos entre sí, de manera que el acoplamiento entre las bobinas se acerca a la unidad. El primer devanado o devanado de entrada recibe el nombre de “devanado primario”, el segundo devanado o devanado de salida, recibe el nombre de “secundario”.

La energía en el secundario es el resultado de la inductancia mutua entre los devanados secundario y primario, dependiendo de la relación de vueltas entre el devanado primario y secundario, podemos tener transformadores de subida, en estos el voltaje del secundario es mayor que el del primario; de bajada, en estos el voltaje del secundario es menor que el voltaje del primario. Siempre que se eleve el voltaje, la corriente baja en la misma relación, de tal forma que la energía total no cambie.

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El voltaje es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Intensidad: La intensidad de corriente eléctrica(I) es la cantidad de electricidad o carga eléctrica(Q) que circula por un circuito en la unidad de tiempo(t). Para denominar la Intensidad se utiliza la letra I y su unidad es el Amperio(A). De acuerdo a la ley de la conservación de la energía, se cumple Potencia de entrada = Potencia de salida; Potencia = VI Cuando suponemos que no hay pérdida de energía en la transferencia de energía del primario al secundario, tenemos un transformador ideal, en este caso la relación entre el voltaje del devanado primario y secundario está dado por:

𝑉2 𝑉1

𝑁

= 𝑁2

1

En donde: N1 = Número de vueltas en el primario N2 = Número de vueltas en el secundario

Para la conservación de la energía, se tiene. 𝑉1 ∗ 𝐼1 = 𝑉2 𝐼2 En donde:

V1- Es el voltaje en el primario del transformador. V2 - Es el voltaje en el secundario del transformador. I1 es la corriente en el primario del transformador. I2 es la corriente en el secundario del transformador.

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Aplicación de los tr trasformadores asformadores ➢ Entre las mucha aplicaciones de los transformadores se encuentra utilizarlos como: Soldadores eléctricos, relevadores ó relés; calentadores; formando parte de eliminadores de baterías y su aplicación original, elevadores de tensión para transmitir energía eléctrica a grandes distancias a costo bajo.

➢ Como soldadores se pueden utilizar transformadores de subida o de reducción, en los dos casos las corrientes intensas producidas al cerrar el secundario del transformador, directa o indirectamente, llegan a fundir un metal con otro.

➢ Por lo que respecta al uso como calentadores de agua, un transformador reductor es capaz de aumentar la temperatura de un fluido, si éste pasa por el secundario del transformador o se deposita de alguna forma, ya que la corriente en este devanado es muy grande.

➢ Con el advenimiento de la electrónica, el uso de los transformadores se ha incrementado debido a que los circuitos electrónicos usan bajas tensiones para su alimentación y consumen grandes cantidades de corriente para sus funciones, siendo esto propio para el uso de transformadores de bajada.

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MATERIAL Y EQUIPO Y MATERIAL UTILIZADO

• • • • • • • • • • • • • • •

1 Núcleo de hierro laminado tipo “U” con barra para cerrar el circuito magnético. 2 Bobinas de 52 vueltas. 1 Bobina de 1,300 vueltas. 2 Bobina de 650 vueltas. 3 Bobina de 900 vueltas. 1 Bobina de 1,550 vueltas. 1 Lámpara de 6 volts, 15 watts con pase portalámparas. 2 Lámpara de 125 volts, 60 watts con base portalámparas. 3 Lámpara de 220 volts, 60 watts con base portalámparas. 4 Interruptor de porcelana; dos polos, un tiro, con fusibles. 5 Clavija con cable. 6 Instrumento de bobina móvil con carátula 0-1 A C.A. 7 Carátula de 0-30 V C.A. 8 Carátula de 0-300 V C.A. 6 Cables caimán–caimán. 6 Cables banana –caimán

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DESARROLLO DEL EXPERIMENTO

La figura corresponde al arreglo de un transformador, con L 1 = 650 vueltas, L 2 = L 3 = 52 vueltas. La lectura en la salida del transformador es de 216 Volts.

a) Si se conecta un foco de 15 Watts en los puntos C y D, determinar la corriente que circula entre los puntos A y B. De la ecuación de p=Vl se tiene que 𝑉𝐼 = 15 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 𝐼 =? 𝑉𝐴𝐵 = 𝑉𝑜𝑙𝑎𝑡𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 120 𝑣 𝐿1 = 650 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝐿2 = 52 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 De la formula de 𝑉2 𝑉1

=

𝑁2

𝑁1

Despejamos a 𝑉𝐶𝐷 𝑉𝐶𝐷 = (

120𝑉 ∗ 52 ) = 9.6 𝑉 650

Regresando a la formula de P=VI tenemos que para la corriente 2

7

15 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 = (9.6 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 )𝐼2 𝐼2 =

15𝑊 = 1.5625 𝐴 9.6 𝑉

Y para la corriente 1 𝐼1 =

15𝑊 = 0.125 𝐴 120 𝑉

b) Si solo se trabaja con L 1 y L 4, pero L 4 se conecta a la línea de 120 Volts, calcular el voltaje que circula por L 1.

𝐿4 = 1300 𝑉𝑢𝑙𝑡𝑎𝑠

𝑉 = 216 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠

𝐿1 = 650 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠

Utilizando la formula de 𝑉2 𝑉1

𝑉𝐸𝐹 = (

=

𝑁2

𝑁1

120𝑉 ∗ 650 ) = 60 𝑉 1300

EN EL TRANSFORMADOR QUE SE MUESTRA EN LA FIGURA, SE HIZO VARIAR LA CORRIENTE DE ENTRADA Y SE MIDIÓ LA CORRIENTE DE SALIDA, LOS DATOS SE REPORTAN EN LA TABLA SIGUIENTE:

𝑉1(Volts) 𝑉2 (Volts)

120 9.6

100 8

80 6.4

60 4.8

40 3.2

20 1.6

GRAFICA DE LOS DATOS REPORTADOS:

V2 vs V1 11 10 9 8

V2 (v)

7 6 5 4 3 2 1 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

V1(v)

En la grafica se puede observar una línea recta es decir que entre el voltaje primario y el voltaje secundario se encuentra un relación lineal

9

130

hipótesis Observando nos damos cuenta que cuando se tomaron los datos se comienza de mayor a menor , en caso de 𝑉1se observa que es regresivo en una proporción de 20 V comenzando en 120 V hasta llegar a 20 V y en caso de 𝑉2 se observa algo similar una regresión pero ahora de 1.6 V comenzando en 9.6 hasta llegar a 1.6 V. “el voltaje primario y el voltaje secundario tienen un comportamiento lineal” Criterio de aceptación. El coeficiente de correlación de dete determino rmino e en n Excel y como comprobación en una calculadora científica r≥0.985 Calculo de r r=1

Verificación dela hipótesis: Se acepta la hipótesis ya que el coeficiente de correlación es igual a 1 entonces los datos recabados son corresponden a una distribución lineal

CÁLCULOS

m= 0.08 r= 1

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Ley física Fórmula obtenida de la teoría y comparando con la ecuación de la recta:

Y= mx + b 𝑉2=𝑛1 (𝑣1 ) + 𝑣𝑜 𝑛2

Donde: ➢ 𝑌 = 𝑉2 = 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜𝑟 ➢ 𝑥 = 𝑉1 = 𝑒𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑝𝑟𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑛 ➢ 𝑚 = 1 = 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑦 𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑𝑎𝑟𝑖𝑜 = 0.08 𝑛2

➢ 𝑏 = 𝑣𝑜 = 𝑛𝑜 𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒 Unidades de m

𝑚=

𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑦 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 =1 = 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑥 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠

Tomando en cuenta que se desconoce el numero de vueltas

quedando la ley física de la siguiente manera

𝑉2 = 0.08(𝑉1 ) Error experimental No hay error experimental dado a que no nos proporcionar el valor teórico

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Conclusiones En el desarrollo de esta práctica aprendimos que es y cómo funciona un transformador, así como tomar en cuenta que un trasformador puede contener dos o más bobinas cual sea el caso debemos tomar en cuenta que Siempre que se eleve el voltaje, la corriente baja en la misma relación, de tal forma que la energía total no cambie. Aplicamos la ley de la conservación de la energía para observar y cuantificar lo que sucede en el transformador con los datos obtenidos en el experimento pudimos comprobar que entre voltaje de entrada y de salida guardan una relación muy estrecha es decir tiene un comportamiento lineal en el experimento.

Bibliografía academico.cecyt7.ipn.mx. (13 de Abril de 2008). academico.cecyt7.ipn.mx . Obtenido de academico.cecyt7.ipn.mx: https://www.academico.cecyt7.ipn.mx/recursos/basicas/fisica/fisica4/unid ad1/transformador.htm Fundacionendesa.org. (07 de Mayo de 2011). Fundacionendesa.org . Obtenido de Fundacionendesa.org: https://www.fundacionendesa.org/es/recursos/a201908-corrientesalternas-con-un-transformador-electrico

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