INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

INDUCCIÓN ELECTROMAGNETICA

Inducción electromagnética: Es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (fem) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida.

Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).

Pero antes del descubrimiento de la inducción electromagnética, la única fuente de energía era la pila de Volta o la de Daniell, que producían energía cara y en pequeñas cantidades.

Gracias a la inducción electromagnética, una gran cantidad de trabajo mecánico puede transformarse en energía eléctrica de forma rápida y económica, induciendo una corriente en un circuito. Algunos fenómenos basados en la inducción electromagnética son el funcionamiento de generadores y motores eléctricos.

En 1831, Faraday descubrió que a partir de los campos magnéticos variables con respecto al tiempo, se podía generar campos eléctricos, lo que daba como resultado una corriente eléctrica.

Entonces si existe una corriente también existirá una diferencia de potencial o voltaje y de manera más general una fem que recibe el nombre de fuerza electromotriz inducida esto de acuerdo con la ley de Ohm.

Para Faraday se producía una fem inducida en una espira o en un circuito completo siempre que cambia la cantidad de líneas de campo magnético que pasa por el plano de la espira o circulo.

Es decir cuando conductor corta las líneas de flujo magnético, se produce una fem entre los extremos de dicho conductor. Pero cuando no se cortan las líneas de flujo, por ejemplo si un conductor se mueve en dirección paralela al campo magnético, no se induce corriente alguna.

Cabe mencionar que la magnitud de la corriente inducida es directamente proporcional al número de espiras y a la rapidez del movimiento. Un ejemplo de un experimento que produce corriente inducida es el siguiente:

Se tiene un imán de barra en una posición fija, al acercar una espira circular con una cierta velocidad, las líneas de campo magnético que cruzan el área de la espira aumentan, es decir, el flujo por unidad de tiempo cambia. En otras palabras al acercar el imán a la espira crece la corriente inducida y por lo tanto la fem inducida también crece.

Para incrementar la intensidad de corriente electromotriz inducida en el instrumento se sustituye la espira circular por una bobina o un solenoide de muchas vueltas. La causa que origina la fuerza electromotriz es la variación del flujo enlazado por la espira respecto al tiempo.

Asimismo en el año de 1834, el físico alemán Lenz realizó los mismos experimentos que Faraday. Su aportación consiste en haber explicado el sentido de la fuerza electromotriz y en consecuencia el de la corriente inducida en un circuito sujeto a un flujo magnético variable en el tiempo, él explicó lo siguiente; al acercar el imán de barra a una bobina, el flujo magnético aumenta, la corriente inducida entonces debe generar un campo magnético que se oponga al original.

La ley de Lenz nos dice: “una corriente inducida fluirá en una dirección tal que por medio de su campo magnético se opondrá al movimiento del campo magnético que la produce.”

Es decir cuanto más trabajo se realiza al mover el imán en la bobina, mayor será la corriente inducida. Para conocer la dirección de dicha corriente se utiliza la regla de la mano derecha “cuando el pulgar de la mano derecha apunta en la dirección del campo inducido, los demás dedos apuntan en dirección de la corriente inducida”.

La inducción electromagnética es el principio fundamental sobre el cual operan transformadores, generadores, motores eléctricos, y la mayoría de las demás máquinas eléctricas.

La energía eléctrica es una de las formas de energía que mejor se puede transportar a grandes distancias, se puede obtener de diversas fuentes primarias de energía y es la que más usos y aplicaciones ofrece en la vida cotidiana. Sin embargo para que se cumpla lo anterior es indispensable disponer un sistema interconectado mediante el cual nos sea posible generar la energía, transportarla y distribuirla a todos los usuarios en forma eficaz, segura y con calidad.

El sistema eléctrico debe cumplir con la tarea de generar energía eléctrica, transformar esa electricidad a unas características propicias para transportarla grandes distancias, transformándola para que pueda ser distribuida en los centros de consumo y finalmente adaptarse a valores aptos para los usuarios.

Actualmente los sistemas operan con energía eléctrica en forma de corrientes alternas trifásicas, esto es debido a su facilidad para modificar las tensiones de transporte por medio de transformadores, otra razón para el uso de corrientes alternas trifásicas es la simplicidad de los generadores y transformadores que trabajan con este tipo de corrientes, así mismo resulta también más sencilla y económica la transmisión y la distribución de este tipo de corrientes.

Otra de las ventajas derivadas de transportar la energía eléctrica a valores altos de tensión, y en consecuencia valores reducidos de corriente, es el ahorro económico que implica poder utilizar cables con menor sección; ya que para la misma potencia a transportar pero a menores valores de tensión serían necesarios conductores de mayor sección, más costosos, para transmitir energía con valores más altos de corriente.

En el caso del transformador permite modificar potencia eléctrica de corriente alterna con un determinado valor de tensión y corriente en otra potencia de casi el mismo valor, pero, generalmente con distintos valores de tensión y corriente. El funcionamiento del transformador se basa en la ley de inducción de Faraday, de manera que un circuito eléctrico influye sobre el otro a través del flujo generado en el circuito magnético.

Convierte energía eléctrica de un cierto nivel de voltaje, en energía eléctrica de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético, está constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre si eléctricamente por lo general, y arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La tensión en el devanado secundario dependerá directamente del número de espiras que tengan los devanados y de la tensión del devanado primario.

Cabe destacar que el transformador es máquina de bajas pérdidas y tiene un uso muy extendido en los sistemas eléctricos de transmisión y distribución de energía eléctrica.

El transformador de dos devanados se denomina monofásico, y es el más elemental, está formado por un núcleo compuesto de láminas de hierro y dos bobinados, a los cuales denominaremos primario y secundario. El bobinado primario con “N1” espiras es aquel por el cual ingresa la energía y el secundario con “N2” espiras es aquel por el cual se suministra dicha energía.

Es decir cuando se aplica una corriente alterna a través de la bobina primaria, las líneas de flujo magnético se mueven de un lado a otro a través del núcleo y hierro, induciendo una corriente alterna en la bobina secundaria, en otras palabras cuando se conecta el devanado primario a una corriente alterna, se establece un flujo magnético alterno dentro del núcleo, este flujo atraviesa el devanado secundario induciendo una fuerza electromotriz en el devanado secundario. A su vez, al circular corriente alterna en el secundario, se contrarresta el flujo magnético, induciendo sobre el primario una fuerza contraelectromotriz.

También existe el transformador trifásico es un dispositivo que consta de tres fases, como su nombre lo indica, que sirve para bajar el nivel de tensión. Ahora bien ¿para que sirve bajar el nivel de tensión? es por la distribución domiciliaria, sobre una línea de alta tensión hay 380 volts, mientras que en nuestro hogar la tensión es de 220 volts.

Los transformadores que son trifásicos, se pueden armar un conjunto o “banco” trifásico, mediante el uso de tres transformadores monofásicos o bien un solo transformador trifásico, el cual se forma mediante un núcleo magnético y las bobinas necesarias para armar tres fases.

De acuerdo a la forma en que se conectan los bobinados, los conjuntos trifásicos, están definidos por un grupo de conexión que los identifica mediante una nomenclatura que se determina por dos letras y un número según el siguiente detalle:

• La primera letra mayúscula, define la forma de conexión de los bobinados de alta tensión, la cual puede ser D (Triángulo) o Y (Estrella).

• La segunda letra minúscula, define la forma de conexión de los bobinados de baja tensión, la cual puede ser d (Triángulo) o y (Estrella).

• El número multiplicado por 30, define el ángulo de desfasaje entre las tensiones de fase equivalentes de alta y baja tensión.

Existen diferentes tipos de conexiones las cuales se mencionan a continuación.

Conexión estrella-estrella: En este tipo de transformador, sus devanados primarios y secundarios están conectados en estrella, y se puede llevar el neutro tanto en el primario como en el secundario, solo hay un pequeño inconveniente de la conexión estrella-estrella; el desequilibrio de tensiones en la línea conectada al primario, que aparece cuando hay fuertes desequilibrios en la carga secundaria.

Conexión

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