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UNIVERSIDAD DE SONORADivisión de IngenieríaLic. En Ingeniería QuímicaTercer SemestreLaboratorioPráctica No. 11“TRANSFORMADORES”Nombre del Maestro:Pérez Salas RaúlNombre del Alumno:Hernandez Gonzalez Luis RadamesParra Noriega Tomas JavierRubio Ruvalcaba Arturo EnriqueVejar Quihuis Esmeralda SarahiHer...

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UNIVERSIDAD DE SONORA División de Ingeniería

Lic. En Ingeniería Química Tercer Semestre Laboratorio

Práctica No. 11 “TRANSFORMADORES” Nombre del Maestro: Pérez Salas Raúl

Nombre del Alumno: Hernandez Gonzalez Luis Radames Parra Noriega Tomas Javier Rubio Ruvalcaba Arturo Enrique Vejar Quihuis Esmeralda Sarahi

Hermosillo, Sonora.

Día 06 de noviembre de 2020

PRÁCTICA NÚMERO 11

TRANSFORMADORES Objetivos. 1. Estudiar el funcionamiento del transformador. 2. Investigar la relación entre el voltaje de entrada y el de salida con el número de vueltas en el primario y secundario del transformador. INTRODUCCIÓN El transformador es un aparato eléctrico que por inducción electromagnética transfiere energía eléctrica de uno o más circuitos a la misma frecuencia, usualmente aumentando o disminuyendo los valores de tensión y corriente eléctrica. Un transformador puede recibir energía y devolverla a una tensión más elevada, en cuyo caso se le denomina transformador elevador, o puede devolverla a una tensión más baja, en cuyo caso es un transformador reductor. El transformador está conformado por 2 bobinas acopladas (bobinado primario y secundario), y un núcleo de hierro laminado. II. Material. 1. Una bobina de 300 vueltas, de 500 vueltas, de 1000 vueltas. 2. Un núcleo laminado en forma de U. 3. Fuente de AC que puede ser un transformador de 120 volts a 6 Volts y 1 ampere. 4. Un multímetro digital. 5. Una fuente de voltaje directo (DC). 6. Interruptor de palanca. III. Procedimiento. Nota: Todas las observaciones y mediciones que realice sobre los fenómenos estudiados, anótelas en las hojas que se anexan en la sección llamada Bitácora. Primer Objetivo: Estudiar el funcionamiento del transformador.

Nota: A la bobina que se conecta la fuente de voltaje se le llama PRIMARIO y a la que se conecta algún dispositivo eléctrico que consume la energía (foco, radio, etc) se le llama Primer objetivo: 1.- Armamos el diseño experimental, el cual consistía en conectar dos transformadores a una fuente de alimentación con corriente alterna, después conectamos dos multímetros para realizar sus respectivas mediciones. 2.- Colocamos la bobina de 1000 vueltas como un transformador primario y la bobina de 500 vueltas como transformador secundario a la fuente de alimentación. Primero conectamos la corriente en 12V y realizamos la medición de voltios y amperes. Después conectamos la corriente en 9V y 6V, y realizamos las mediciones nuevamente. 3.- Luego invertimos el transformador y variamos la tensión. 4.- Después, en una toma de corriente de 110-120 V colocamos la bobina de 600 espiras y otra de 300 espiras sin un núcleo de hierro, y se acercó una aguja magnetizada a la bobina y anotamos las observaciones. 5.-Sobre las bobinas colocamos el núcleo de hierro en forma de U, permitiendo el flujo magnético, y anotamos observaciones.

Segundo objetivo: Investigar la relación entre el voltaje de entrada y el de salida con el número de vueltas en el primario y secundario del transformador. 1.- Utilizamos dos bobinas, una de 200 vueltas (primario) y otra de 200 vueltas (secundario) y cerramos el transformador con un núcleo laminado, después lo conectamos a una fuente de AC. 2.- Enchufamos la fuente y conectamos el multímetro en forma de medidor de voltaje de 0-20 V en el transformador primario y otro en el transformador secundario, anotamos las observaciones. 3.- Apagamos la fuente y cambiamos la bobina secundaria de 200 vueltas por una bobina de 400 vueltas, y cerramos el núcleo, de tal manera que realizamos observaciones. 4.- Realizamos los pasos 2 y 3 nuevamente, pero ahora con una bobina de 600 vueltas, otra de 800 vueltas, otra de 1600 y otra de 3200 vueltas.

5.- Por último, formamos un transformador cambiando la bobina primaria de 200 vueltas con una de 400 vueltas, e iniciando con una bobina secundaria de 200 vueltas, repetimos los pasos 2, 3 y 4. Realizamos sus respectivas observaciones. IV. Resultados. Primero objetivo: Funcionamiento del transformador. 1. Cuando conecto la fuente de DC al primario del transformador (pasos 2 y 3) ¿el medidor registró algún voltaje en el secundario del mismo? R= No se logró registrar ningún voltaje.

2. Cuando se interrumpió súbitamente el voltaje que suministraba la fuente (paso 4) ¿el medidor registró un voltaje en el secundario? R= Se logró obtener un voltaje por poco tiempo en el segundo transformador.

3. Cuando se conectó el transformador a la fuente de AC (pasos 6 y 7) ¿el medidor registró un voltaje en el secundario? R= Si, se obtuvo un voltaje. 4. ¿Qué sucedió cuando el transformador se conectó a la fuente de AC y su núcleo era de aire? (pasos 8 y 9) ¿Qué semejanzas y diferencias tiene con el caso anterior? R= De igual manera se logró registrar un voltaje, pero en este caso fue menor. Segundo objetivo: Relación entre el voltaje de entrada y el de salida con el número de vueltas. 1. Con el número de vueltas del secundario del transformador (NS ) y el número de vueltas del primario (NP), obtenga la razón de ambas, G1 = NS/NP. Es importante que trabaje con el número de vueltas de cada transformador.

2. Con el voltaje en el secundario (VS) y el voltaje en el primario (VP), obtenga el cociente de ambos, G2 = VS/VP. Es importante que trabaje con los valores correspondientes de cada transformador. 3. Compare cómo son los valores de G2 frente a G1, para cada transformador. Para llevarlo a cabo obtenga la diferencia porcentual entre ambas, tomando como referencia a G1: 100*abs(G1 - G2)/G1=(dp) .

NP

NS

VP

VS

G1

G2

dp%

200

200

6.6

5.8

1

0,8788

12,1212

200

400

6.6

12.12

2

1,8364

8,1818

200

800

6.6

24.25

4

3,6742

8,1439

200

1600

6.6

48.36

8

7,3273

8,4091

200

3200

6.6

97

16

14,6970

8,1439

400

200

6.6

2.96

0,5

0,4485

10,3030

400

400

6.6

5.9

1

0,8939

10,6061

400

800

6.6

11.86

2

1,7970

10,1515

400

1600

6.6

23.65

4

3,5833

10,4167

400

3200

6.6

49.97

8

7,5712

5,3598

dp = 9.1837%

V. Conclusiones y Preguntas. En conclusión, se logró cumplir los dos objetivos planteados al principio de la práctica, ya que se logró entender el funcionamiento básico del transformador, lo cual nos da una pequeña percepción de cómo llega corriente a nuestros hogares y que es lo que pasa cuando nosotros la requerimos al conectar un aparato eléctrico. Esta idea que nosotros tenemos sobre el cambio que el transformador hace cuando usamos un electrodoméstico, no hubiera sido posible o se amplió un poco más, gracias al estudio de la relación entre el voltaje de entrada y el de salida con el número de vueltas en el primario y secundario del transformador. Primer objetivo: Funcionamiento del transformador.

1. En base al experimento realizado sobre el transformador y los resultados obtenidos, explique cuáles son las condiciones para que funcione un transformador, contestando las siguientes preguntas: a) ¿Se obtendrá un voltaje en el secundario cuando al primario se le suministre un voltaje constante? Explique su respuesta. R= No, porque el transformador secundario tiene que ser influenciado por los cambios en el flujo magnético y en este caso si este es constante no logra que se induzca voltaje. b) ¿Se obtendrá un voltaje en el secundario si al primario se le suministre un voltaje variable? R= Si, porque se crea flujo magnético en el núcleo del transformador, de tal manera que se produce voltaje en el transformador secundario, el cual puede ser mayor o menor. c) ¿Qué efecto tiene en el funcionamiento si su núcleo es de aire o si es de un material ferromagnético? R= Esto es debido a las propiedades de los materiales ferromagnéticos, estos tienen una gran inducción magnética en presencia de un campo magnético, permitiendo concentrar y dirigir con facilidad las líneas de campo magnético, acumulando mayor densidad de flujo magnético elevado, siendo óptimos para una mayor eficiencia para inducción de corriente eléctrica. Conclusión general acerca de las condiciones para que funcione un transformador: R= La fuente de AC ocasiona una corriente alterna en el primario, lo que provoca un campo magnético variable; esto a su vez induce una corriente alterna en la bobina secundaria, de acuerdo con la ley de Faraday.

2. ¿Por qué los núcleos de los transformadores son de hierro y no de algún otro material? ¿qué efecto tiene este tipo de material? R= Es porque el núcleo de hierro genera un campo magnético más intenso en el interior de las bobinas, debido a las propiedades ferromagnéticas del hierro.

3.

¿En qué ley del electromagnetismo basa su funcionamiento el transformador?

R= En la ley de inducción electromagnética de Faraday.

Segundo objetivo: Relación entre voltaje de entrada y de salida con el número de vueltas en el primario y secundario del transformador. 1. De los resultados obtenidos en este objetivo ¿se puede considerar que G1 (NS /NP ) es igual a G2 (VS /VP ) para un transformador ? Entonces ¿cuál es la relación general que gobierna el voltaje de entrada y de salida para un transformador? Argumente la respuesta en base a los resultados obtenidos. R= Se obtuvieron resultados muy parecidos, suponiendo que G1 es igual G2, envase a los resultados obtenidos, se obtiene una eficiencia casi del 90%, esto debido a que los transformadores reales siempre tienen algunas pérdidas de energía. (Por eso, se siente caliente al tacto después de haberse usado durante cierto tiempo; el transformador se calienta por la energía disipada.) La relación que encontramos entre voltaje de entrada y de salida fue el número de vueltas que había entre el transformador primario y secundario.

2. De los resultados que obtuvo ¿Cuáles son las condiciones para que el voltaje a la salida del transformador sea mayor que el voltaje suministrado al primario? ¿cuáles son las condiciones para que lo reduzca? R= En base a lo observado para obtener para crear un mayor voltaje que el suministrado el número de vueltas del transformador secundario tiene que se mayor al primario y para producir un voltaje menor que el suministrado es necesario que el número de vueltas del transformador secundario sea menor que el primario

3. Mencione algunas aplicaciones en que se utilice el transformador, indicando ejemplos en los que se use como amplificador del voltaje y en los que se use como reductor. Hoy en día los transformadores se utilizan para una transmisión a grandes distancias, ya que es deseable usar un voltaje tan elevado y una corriente tan pequeña como sea posible; esto reduce las pérdidas de potencia en las líneas de transmisión, y permite utilizar alambres delgados, con lo cual se reducen los costos de los materiales. Las líneas de transmisión actuales operan de manera rutinaria con voltajes eficaces del orden de 500 kV. Por otro lado, consideraciones de seguridad y requerimientos de aislamiento imponen voltajes relativamente bajos en el equipo de generación y en las líneas de distribución domésticas e industriales. El voltaje estándar para el cableado doméstico es de 120 V en Estados Unidos y Canadá, y de 240V en muchos otros países. REFERENCIAS - http://www.sectorelectricidad.com/15661/por-que-un-transformador-solofunciona-con-corriente-alterna/ - https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/electronica/componentes -electronicos/transformador/ - Avelino, P. (2001). Transformadores de distribución. México: Reverté S.A.. - Ras, E. (1994). Transformadores de potencia, de medida y de protección. Barcelona, España: Ras. - Young H. & Freedman. (2009). Física universitaria, con física moderna volumen 2. México: PEARSON EDUCACIÓN....