Simplificate 2.0

Si algo parece muy complicado, es que esta mal explicado.

Cálculos relativos a los transformadores.

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Transformador de placas de hierro.

Los transformadores son, desde mi punto de vista, uno de los inventos que más han cambiado la faz de la tierra, no por el mismo sino por la facilidad que nos da a la hora de la transmisión de corriente eléctrica, imaginemos por un momento que no existieran estos equipos, que toda la corriente domestica se generara a la misma tensión que se consume, no parece un gran problema pero, si cada vivienda consume unos 2200 Watt ( y la potencia eléctrica es Voltaje * Intensidad * Cos(Fi)) cada vivienda seria, así a “cascoporro” unos 10 Amperios, para transmitir 10 Amperios de intensidad hacen falta 1,5 mm² de sección de cobre, solo para una vivienda… para una ciudad imaginar que tamaño de cables para una ciudadgracias a los transformadores la energía eléctrica fluye a muy alta tensión (son normales voltajes superiores a los 100.000 Voltios ) y esto hace que la intensidad sea muy pequeña en la transmisión de larga distancia (y muy peligrosa también ).

Un poco de charla y introducción.

Los transformadores básicamente convierten energía eléctrica en energía magnética, la corriente eléctrica llega al bobinado primario se convierte en energía magnética, esta a su vez se traspasa a través de las laminas de hierro o otros materiales ferrosos a un bobinado secundario que convierte la energía magnética en energía eléctrica nuevamente, la conversión es de las conversiones más eficientes energeticamente hablando las perdidas de energía en forma de calor o de corrientes de Foucault no alcanzan el 10 % del total, de hecho se consideran a todos los efectos ideales aunque en instalaciones industriales las corrientes de Foucault pueden “disparar” protecciones diferenciales y se debe tener en cuenta si usas transformadores muy grandes ya que en las instalaciones domesticas el diferencial “dispara” con 30 mA de diferencia entre fase y neutro.

Son totalmente reversibles, lo que significa que si tenemos un transformador de 220V a 500 V podemos usarlo tanto para rebajar de 500 V a 220 V o para elevar de 220 V a 500 V, debemos tener cuidado en ambientes industriales pues no es extraño que se pueda realimentar el transformador por la “salida” y tengamos alta tensión en la “entrada” aunque este cortada la “entrada” y cuando vas confiado a tocarlo te avisa por las malas y pica, pica mucho, según el uso se les clasifica en:

  • Transformador reductor de tensión: son los más comunes, los que tenemos en cualquier lado de la casa, cogen tensión de la red a 220 Voltios y la rebajan a por ejemplo 12 Voltios para el ordenador o 5 voltios para el móvil.

  • Transformador elevador de tensión: Son justamente lo contrario, suelen encontrarse en la industria, aunque antes se veían mucho en “casa de la abuela” (eran así cuadrados grandes y ademas pesaban como muertos) ya que en España la tensión de red primeramente era de 110 Vac y después cambio a 220 Vac, en el cambio de tensiones se dieron casos de barriadas completas que duraron muchos más años de lo que se suponía a 110 Vac y los electrodomésticos ya no los había a 110 Vac lo que hizo que las “abuelas” tuvieran electrodomésticos que funcionaban a 220 Vac y para poder usarlos en sus casas de 110 Vac compraban un transformador para convertir de 110 Vac del enchufe a 220 Vac del electrodoméstico.
  • Transformador de alta tensión: Son los que se encuentran en las subestaciones de las compañías de distribución o en los centros de transformación como donde trabajo, se dedican a bajar de alta tensión por ejemplo 20.000 voltios a 500 Voltios para su uso en la industria, después de 500 Voltios se rebaja a 220 Voltios para su distribución en viviendas y oficinas).

  • Transformador de acoplo: Son los que no convierten tensión alguna, digamos que lo que entra, sale, así dicho parecen una “chorrada” pero se usan para acoplar cables de diferentes materiales ya que metales de diferente naturaleza se corroen mutuamente cuando los circula una corriente eléctrica, también sirven para evitar armónicos en la red ya que se dividen grandes tiradas en tiradas más cortas separadas por los transformadores y las “interferencias” que se producen en una parte no pasan a la otra debido a la Impedancia Inductiva del mismo, e incluso se usan para adaptar señales de diferentes “impedancias”.

Como es decía antes gracias a los transformadores podemos hacer cosas que serían de otro modo imposibles, para muestra una imagen de la empresa Cavotec que provee de liras de alta tensión para grúas de puerto y minería, una grúa consume unos 820.000 Watt de energía, si se alimentara a 500 Voltios serian 1640 Amperios … jurjurjur pero a 20.000 Voltios que se alimentan las maquinas son solo 40 Amperios y el cable es más manejable.

Se puede ver el cable que cuelga de la maquina y entra en el raíl del suelo y a medida que se mueve lo va recogiendo o soltando.

 Por si lo ves mejor en vídeo: ( a partir del minuto 1:13)

Entrando en materia.

Bueno vamos a lo interesante, los transformadores solo tienen dos ecuaciones importantes que nos ayudan a realizar nuestros diseños, (perdonar otra vez los gráficos “por ordenador”).

Formulas del transformador.

Aquí se ven las formulas más importantes:

  1. Relación entre Voltaje y numero de espiras de los bobinados, ( V1 voltaje del primario, N1 espiras del primario, V2 Voltaje del secundario, N2 espiras del secundario), esta relación es fija en el transformador y se le llama relación de transformación.
  2. Relación de potencia, se cumple que la potencia del primario es la misma que la potencia del secundario multiplicada por K, donde K es la eficiencia del transformador ( da igual exactamente en que lado de la ecuación pongamos K), nosotros por arte torero vamos a ignorar K y consideraremos que es ideal ( K = 1).
  3. Potencia en corriente alterna, formula general de la potencia en corriente alterna monofásica, aunque para el transformador como el cos(Fi) es igual en los dos lados de la ecuación se elimina).
Cualquier transformador cumple todas estas ecuaciones, sea de grande, chico o mediano, todos cumplen estas formulas (en corriente monofásica, en trifásica la potencia es P= V*I*raiz(3)*Cos(Fi)), pero lo interesante es saber como calcular por ejemplo la intensidad máxima del secundario o como bajar la tensión que nos da a la salida.
Lo mejor siempre es un ejemplo:

Problema: Teniendo un transformador de 220 Voltios a 12 Voltios y cuya potencia en VA ( leído VoltioAmperios) es de 2,5 necesitamos alimentar un circuito que funciona a 9 Voltios, ¿Cómo hago para reducir la tensión que nos da el transformador en el secundario?, (Mariano va por ti).
Primero: recopilemos los datos que nos dan.
  • Potencia del transformador: 2,5 VoltioAmperios.
  • Voltaje del primario: 220 Voltios.
  • Voltaje del secundario: 12 voltios.
  • Voltaje que queremos obtener 9Voltios.
Segundo: ir deduciendo datos.
  • Relación de transformación: la relación entre V1 / V2 o entre N1 / N2, como no nos dan el numero de espiras nos sera más fácil obtenerla de la división de V1 / V2.
V1 / V2 = 18,333 ( Periódico )
  • Intensidad de corriente que circula cada espira:
Hemos quedado que la Potencia del primario = Potencia del secundario, así que:

P1=P2 –> V1*I1*Cos(Fi) = V2*I2*Cos(Fi) –> V1*I1 = (V2*I2)*Cos(Fi)/Cos(Fi) –> V1*I1=V2*I2

Fijarse que lo he dicho antes, pero ahora lo demuestro, al pasar el Cos(Fi) al otro lado dividiendo se anulan (por eso la potencia de los transformadores viene en VoltioAmperios), ya tenemos la igualdad despejada.
Teniendo de la formula despejada solo tenemos que igualar cualquier parte de la misma a la potencia del transformador para tener la intensidad que circula esa bobina, ejemplo:

Potencia del Primario = V1*I1 = VA –> 220 * I1 = 2,5 –> I1 = 11,3 mA
Potencia del Secundario = V2*I2 = VA –> 12 * I2 = 2,5 –> I2 = 208 mA
Ya tenemos las intensidades que circulan cada bobina.

Tercero: Resolución.

Vamos a ver que tensión debería de tener el primario del transformador para que el secundario de 9 voltios, para eso usamos la formula numero uno y la despejamos así:
Despejamos V1 de la formula numero uno, nos queda la de arriba, sustituimos en la misma los valores que tenemos que son:
V2 = 9 Voltios, que es lo que queremos obtener.
N1/N2 = 18,33, que lo calculamos arriba.
V1 = 164,97 Voltios, es el voltaje que debería de aplicarse al primario para que el secundario de 9 voltios.

¿Cómo hacemos para tener 164 Voltios en el primario si la “pared” nos da 220 V ?, piensa, piensa, piensa, ¿con una resistencia en serie?… mmm … pues si puede ser, así es, ponemos una resistencia en serie con el primario para que baje de 220 Voltios a 164 Voltios, lógico ¿no?.
¿ Que por qué en el primario?, pues por que me ha gustado a mi, si lo pensamos da lo mismo ponerla en el primario o en el secundario pues la potencia que tiene que disipar es la misma en  cualquier caso ( si la ponemos en el secundario debe disipar menos voltaje pero mas intensidad, en el primario debe disipar mas voltaje y menos intensidad).
Como veis aquí resuelvo el problema haciendo todos los cálculos en una sola ecuación, arriba podéis ver el esquema del transformador con la resistencia en serie a la entrada y abajo el calculo de la resistencia de entrada,  cada calculo lo hemos estado haciendo poco a poco, yo los hice todo teóricos y resolví al final la ecuación, para gustos los colores.

Finalmente la resistencia es de : 5 K Ω

Y debe disipar P=V*I –> 220 – 164,97 * 0,011 = 0,605 Watt, 600 MiliWatt

Como siempre espero comentarios y preguntas si tenéis, sino pues nada, a disfrutar.


Written by cuningan

21 abril, 2011 a 22:33

Publicado en Ciencia y tecnologia

18 comentarios

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  1. hola ojala todavía atiendas este blog, me interesa saber la formula para el numero de vueltas. ya que surge mi duda en que si un transformador hecho para 60 Hz, puede trabajar a 50 Hz

    juan

    3 agosto, 2017 at 7:20

  2. No pude entender de donde sacas 164.97 voltios? Me quede ahí

    Marcelino Gomera

    30 julio, 2017 at 21:48

    • hola, bajo la tensión de 220 a 164.97 con una resistencia. lo lógico es que uso la formula de ley de ohm
      para calcular la resistencia a utilizar

      juan

      3 agosto, 2017 at 7:22

  3. podrían ayudarme con las formulas para calcular un transformador para soldar monofásico de columnas soy herrero y aficionado a la electronica. se me quemo una maquina de soldar que tenia embobinado de aluminio de 250 amp y quisiera aumentar los amperio de salida

    walt

    27 octubre, 2016 at 1:48

  4. Exelente, ¡ Congratulation ¡

    jose navarro

    11 octubre, 2014 at 1:32

  5. Hola tengo unas preguntitas, tengo un pin calefactor con una resistencia interna q esta diseñada para trabajar con 110 vac, 0.8 Amp que seria instalado en una maquina, pero estando ya en la maquina se necesitaba bajar su temperatura y se utilizo un dimmer+potenciometro y se regulo a 70 VAC pero solo duro 12 horas, sera q al bajar su voltaje de trabajo aumento su corriente??? y por esto se daño,
    pudiera yo regular su temperatura regulando solo su corriente en lugar del voltaje?? y si este se puede hacer como seria su configuracion con el dimmer y el potenciometro??
    De antemano muchisimas gracias por su respuestas..
    feliz dia.

    Juan Carlos

    17 abril, 2013 at 5:06

    • Una duda ¿que es un pin calefactor?… es que no se que cacharro es ese, me imagino que te refieres a una resistencia de esas de cuarzo … si bajas el voltaje jamas puede aumentar la corriente, es simple ley del Ohm, menos voltaje menos corriente, lo del dimmer esta muy bien pensado para bajar la potencia de la resistencia ( yo tengo una estufa para los pies y uso un dimmer para ponerla a mi gusto).
      Te pregunto:
      ¿Puede que el dimmer se haya quemado y haya dejado de regular la carga?
      ¿Puede que el “pin calefactor” este hecho con una bobina enrollada?
      Te recomiendo que vuelvas a montarlo con su dimmer y todo eso y lo regules con la corriente, una pinza amperimetrica o un polimetro en serie para ver cuanta corriente consume realmente y vigila que el dimmer sea capaz de soportar esa potencia que quieres controlar ( no es mucha 110*0,8 = Menos de 100 Watt )

      cuningan

      18 abril, 2013 at 17:18

  6. Hola, Tengo una pregunta. La relacion de transformacion causa el mismo efecto en corriente???
    Ejemplo: Si el transformador tiene una relacion de 10:1 osea el voltage sera reducido 10 veces entonces la coriente sera aumentada 10 veces???

    Juan Carlos

    18 diciembre, 2012 at 5:12

  7. ¿como devo comenzar a fabricar un transformado que calculos devo tener en cuentas ???

    francisco

    24 abril, 2011 at 1:10

    • Pues debes tener en cuenta que es más caro hacerlo tu que comprarlo hecho, y tiene su por qué lo que te digo, para hacer un trafo necesitas comprar hilo de cobre esmaltado y un núcleo de material ferroso, hay por ahí algunos que usan tornillos como núcleos pero no es lo mejor si sigues interesado en San Google puedes encontrar la respuesta a tu pregunta.

      cuningan

      24 abril, 2011 at 10:07

  8. hola pregunta es: ¿como es el comienzo de fabricacion de un transformador?
    ¿que calculos debo tomar?

    francisco

    24 abril, 2011 at 1:03

  9. Muy buen trabajo pero hecho en falta el transformador usado como sensor de corriente (quizas porque me tira tanto la electronica) http://circuits.datasheetdir.com/464/AC1005-pinout.jpg

    Aqui te dejo el enlace a una foto de estos sensores que son como un transformador de potencia pero con 1 vuelta en el primario (el cable que le pasas por el agujerito) y X en el secundario (los que yo uso son de 1000 vueltas).

    Un saludo!

    javierpedrosaruiz

    22 abril, 2011 at 13:29

    • En el curro les decimos toroidales por la forma toroidal que tienen y si es verdad que son trafos para convertir corriente en voltaje y poderlo medir con un voltimetro, tenia pensador hacer un post con diferentes metodos para medir corrientes con Arduino.

      cuningan

      22 abril, 2011 at 22:39

  10. Echa un vistazo a esta pagina y te haces una idea de los tamaños y la potencia:
    http://es.farnell.com/jsp/search/browse.jsp?N=500001+1001133&Ntk=gensearch_001&Ntt=transformador&Ntx=mode+matchallpartial

    cuningan

    22 abril, 2011 at 10:04

  11. Dani, sos un genio. Asi de simple.

    Ahora surge un problema para mi, he estado haciendo los calculos para mi transformador, y yo no sé que potencia da mi transformador, y sin la potencia, no puedo calcular la intensidad que aguantará cada bobinado, ni tampoco la resistencia en serie con el transformador.

    Y es que no hace referencia por ningún sitio de que amperaje puede soportar, aunque tiene un maravilloso termofusible de 125º supongo que Celsius.

    Eso hay algún modo de saberlo? En mi caso, la solución más efectiva es cambiar el condensador por uno de mayor voltaje y punto. Con el 7812, enchufar los 18 a la entrada y perfecto, pero claro, es muy pequeñito, y viene de un radio-reloj chino, no tengo ni idea de si podrá aguantar 0,5 Amperios o 1 Amperio.

    Nano

    22 abril, 2011 at 2:01

    • Los transformadores encapsulados esos pequeñitos no suelen aguantar apenas nada de corriente, por eso hice las cuentas usando 2,5 VA, que es de las pequeño que se usa, es verdad que los fabricantes tienen cierta tendencia a no poner nada de la potencia y eso se debe a que la nomenclatura de los transformadores no esta normalizado, una pena para nosotros.
      Un método para saber cuanto aguanta es en caso de que veas el hilo del primario o del secundario, en ese caso coges un calibre lo mides y buscas en la tabla AWG (American Wire Gauge) la intensidad que es capaz de circularlo, pero esto es una aproximación siempre sera menos, haz los cálculos usando 2 Va que es de lo más pequeñito y ya esta.

      cuningan

      22 abril, 2011 at 10:01


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