ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DEL CHIMBORAZO

FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICA

ESCUELA:ASIGNATURA:

Electrónica en Control y Redes IndustrialesInstalaciones Eléctricas

PROFESOR: Ing. Jhony Vizuete.PERÍODO: Abril 2015 – Agosto 2015

TRABAJO GRUPAL

TÍTULO:

DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN TRASFORMADOR

MIEMBROS DEL GRUPO

Verónica Allauca-198 Dayana Carrillo-246 Martin Lopez-247 Andres Cushquiculma-248 Luis Allauca-249 Gabriela Estrada -668 Bladimir Rocha -295 Angélica León -201 Diana Aucapiña-246072 Willian Cañar -591

FECHA PRESENTACIÓN DEL INFORME: 26/05/2015

CALIFICACIÓN OBTENIDA:

FIRMA DEL PROFESOR:

ESPOCH FIE

1. INTRODUCCIÓNSe ha hecho una investigación sobre uno de los dispositivos más importantes en el área de la electricidad, desde usos industriales a usos dentro de todo aparato electrodoméstico común, como ser los cargadores, computadoras, radios, televisores y la misma electricidad que usamos en nuestras casas, y también es un dispositivo fundamental en la propagación de la electricidad a largas distancias, se está hablando del transformador eléctrico. Un aparato que revoluciono la era de la electricidad y facilito el proceso de producción eléctrica

2. OBJETIVOS:

General:

o Diseñar y construir un transformador monofásico.

Específico:

o Realizar los cálculos necesarios para construir nuestro transformador.o Buscar los componentes que se usara para la elaboración del transformador

monofásico según los cálculos obtenidos.

3. MARCO TEÓRICO:

3.1 TRANSFORMADOR ELÉCTRICO

Es un componente eléctrico diseñado para cambiar el nivel del voltaje y de la corriente, de acuerdo a las necesidades específicas del caso.

3.2 CONSTITUCIÓN:

El transformador está formado por dos bobinas enrolladas alrededor de un núcleo o centro común. El núcleo está formado por una cantidad predeterminada de chapas o láminas hechas de una aleación de Hierro y Silicio. Esta aleación reduce las pérdidas por histéresis magnética (capacidad de mantener una señal magnética después de ser retirado un campo magnético) y aumenta la resistividad del Hierro.Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente.

3.3 F U N C I O N A M I E N T O

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Ilustración 1. Constitución del transformador.

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Cuando su bobinado primario se conecta a un generador de corriente alterna de tensión Vp circula una corriente Ip que creará un flujo magnético variable a lo largo del

núcleo (chapas magnéticas). Si al otro lado del núcleo se encuentra otra bobina (circuito secundario) cuyos extremos están conectados a un receptor, se inducirá en ésta una tensión de valorVs y de intensidad Is. Supongamos que se construye un núcleo de hierro. Si en un extremo del núcleo se enrolla un cable para formar una bobina A, y por ésta circula una corriente eléctrica, entonces resulta que el campo magnético producido por esta corriente (según la ley de Ampere) queda confinado dentro del núcleo de hierro; prácticamente no hay campo

fuera del núcleo. Esto ocurre si el núcleo está construido de sustancias llamadas ferromagnéticas, como el hierro, cobalto, etc. Ahora bien, si la corriente que circula por la bobina varía con el tiempo, entonces el campo magnético producido también variará, y por tanto también cambiará el flujo de este campo a través del núcleo. Si ahora se enrolla otra bobina, la B, en otra parte del núcleo, entonces, de acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday sabemos que se inducirá una corriente a lo largo de la segunda bobina. A la bobina A se le llama el primario y a la B el secundario. Las características de la corriente inducida en B dependen del número de espiras que hay encada una de las bobinas. Mientras mayor sea el número de espiras en el secundario, mayor será el voltaje inducido en él.

3.4 TIPOS DE TRANSFORMADORES

 Los transformadores se clasifican según su construcción y aplicación:

Trasformador trifásico Existen muchos tipos de transformadores, de entre los cuales el transformador trifásico tiene una importancia indudable. Este tipo de transformador se ocupa tanto en generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos. Así como también en transmisión por líneas de transmisión y en distribución en donde se transporta la energía eléctrica a voltaje menores hacia casas, comercio e industria.  Un transformador trifásico consta de tres fases desplazadas en 120 grados, en sistemas equilibrados tienen igual magnitud.

Transformadores de potenciaSe utilizan para substransmisión y transmisión de energía eléctrica en alta y media tensión. Son de aplicación en subestaciones transformadoras, centrales degeneración y en grandes usuarios.

Transformador de distribución:Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.

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Ilustración 2. Funcionamiento del transformador

Ilustración 3. Transformador Trifásico

Ilustración 4. Núcleo del transformador.

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Autotransformadores Los autotransformadores se usan normalmente para conectar dos sistemas de transmisión de tensiones diferentes, frecuentemente con un devanado terciario en triángulo. De manera parecida, los autotransformadores son adecuados como transformadores elevadores de centrales cuando se desea alimentar dos sistemas de transporte diferentes.

Transformadores de puesta a tierraUn transformador de puesta a tierra es un transformador ideado principalmente con la finalidad de proporcionar un punto neutro a efectos de puesta a tierra.

4. CONSTRUCCIÓN DE LOS TRASFORMADORES

Para realizar la construcción del transformador tendremos la necesidad de diseñar y construir un transformador que reúna características para casos especiales. Sin duda, lo más fácil y práctico es comprar un transformador nuevo, para reponer el que se haya quemado, pero en algunos casos, no es posible encontrar uno idéntico, por lo que tenemos que recurrir al diseño y construcción del mismo, basándonos en las especificaciones que se requieran.

4.1 RELACION DE TRANSFORMACION (M)

La relación de transformación (m) de la tensión entre el bobinado primario y el bobinado secundario depende de los números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Dónde:- (Vp) es la tensión en el devanado primario o tensión de entrada.- (Vs) es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida.- (Ip) es la corriente en el devanado primario o corriente de entrada.- (Is) es la corriente en el devanado secundario o corriente de salida.

4.2 DISEÑO DEL TRANSFORMADOR

Datos V1 = 110VV2 = 12 V, 24 V, 48 VP = 350 W – 400W

Comenzamos calculando las dimensiones del núcleo del transformador, la potencia que necesitamos es de 350W – 400W pero por normas según establecidas en las tablas el más óptimo es el núcleo de 361W cuyas dimensiones son: 3.8 X 5 cm teniendo un área de 19cm2

Potencia núcleo Vueltas por voltio Área Cm2

361W 3.8x5 2.21 19

Para la construcción del núcleo se debe tomar en cuenta como se dimensionara el núcleo, X e Y como se muestra en la figura son los valores que se encontró para el núcleo para obtener la potencia necesitada.El área entre X e Y debe ser 19cm2 cuadrados necesariamente, es decir que si X = 3.8cm, Y = 5cm también se puede tomar X =

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5cm, Y = 3.8cm, sin embargo es conveniente encontrar una X ya establecida, en este caso X = 3.8cm e Y = 5cm. Posteriormente se tiene el valor de vueltas por voltio que quiere decir que por cada voltio existirá una cantidad de espiras de 2.21 espiras por lo tanto:

Secundario

N2 = 2.21vueltas/voltio * 48VoltiosN2 = 106.08 vueltas = 106vueltas

Para los voltajes o devanados de 12 y 24V se debe dividir el número de vueltas es decir para 24V = 53vueltas y para 12V = 27vueltas

Primario

N1 = 2.21vueltas/voltio * 110voltiosN1 = 243.1 vueltas = 243vueltas

N1 (número de vueltas en el devanado primario)N2 (número de vueltas en el devanado secundario)

Ahora necesitamos conocer el calibre del cable, tanto secundario como primario.

Tablas para el núcleo

Calculo del calibre P = IxVP = I2 x V2I2 = P/V2I2 = 361W/48V

Para el cálculo del calibre se toma los 48V

I2 = 7.52A buscamos en la tabla un calibre suficiente para que soporte esta corriente.I1 = P/V1I1 = 361W/110V La potencia es igual en los 2 devanados del transformador.I1 = 3.28ª

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Devanado Amperaje Calibre Diámetro mmPrimario 3.28A 17 1.15Secundario 7.52A 14 1.63

Tablas para el cálculo del alambre

Resumen de datos:

- Grosor del núcleo (X): 3.8cm- Altura del núcleo (Y): 5cm- Voltaje primario: 110V- Voltaje Secundario: 12/24/48V- Corriente primaria: 3.28A- Corriente secundario: 7.52A - Calibre en el devanado primario: 17- Calibre en el devanado secundario: 14- Numero de vueltas en el primario: 243vueltas- Numero de vueltas en el secundario: 27/53/106 vueltas

5. MATERIALES

Alambre magneto de doble capa

El alambre de cobre multiusos está recubierto con una base en resina poliéster Imida y sobre capa poliamidemida conocida popularmente como Barniz Dieléctrico.

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Existen dos tipos de recubrimiento HS (Capa sencilla) y HD (Capa doble). Los alambres magneto pueden ser redondos, cuadrados o rectangulares.

Chapas de hierro silicio Las chapas o láminas de hierro silicio o hierro dulce, vienen con formas de letras (I) y (E) que intercaladas, forman el núcleo del transformador. Estas vienen en grano orientado (de más gauss) o grano no orientado (chapa común). Este material es ideal para evitar las pérdidas por Histéresis magnética y tienen la capacidad de imanarse y desimanarse rápida y fácilmente.

Papel parafinado

Cuando construimos un transformador, la energía se transmite del devanado primario al secundario, a pesar de que estos, no se tocan, pues si se llegaran a tocar, habría corto circuito.

El papel parafinado de calibre grueso, se usa para aislar los devanados o rollos de alambre entre sí. Este papel, como su nombre lo dice, tiene un baño de parafina, que lo hace flexible dúctil. Además lo aísla de la humedad y le da una resistencia al calor, evitando que se cristalice.Formaletas La Formaleta es un carrete cuadrado que se usa como soporte para enrollar el alambre y evitar que se disperse, ayudando al buen encajamiento del alambre.Al momento de fabricar un transformador se debe tener en cuenta que la formaleta y las chapas están directamente ligadas, ya que el ancho del centro de las chapas, determina el ancho de la formaleta, y la cantidad de chapas, determinan el largo de la formaleta.

6. COSTOS

Costos Variables

DESCRIPCIÓN PRECIO1 LIBRA ALAMBRE DE COBRE #18 (REFERENCIA FACTURA 28930) $12,70IMPRESIÓN MODELO FORMALETAS $0,30ESMALTE $2,10CARTÓN, MASKING (REFERENCIA FACTURA 89862) $2,951 LIBRA ALAMBRE DE COBRE #14, TERMOENCOGIBLE (REFERENCIA FACTURA 159008)

$10,28

PASAJES IDA Y VUELTA AMBATO $2,50BORNERAS $1,80ESTAÑO $3.00TABLA $1.50TAIPE $10,00NUCLEO $0.30TIÑER $0,75PERNOS $1,00ESTRUCTURA $2,00

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Ilustración 5. Alambre magneto.

Ilustración 7. Papel parafinado.

Ilustración 8. Formaletas

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TOTAL COSTOS VARIABLES = $51,18

Costos Fijos

Personas de trabajo= 10Salario Básico= $354.00Días de trabajo= 2 días

Salario Dia=Salario Básico30dias

Salario Dia=3 54 .0030

=$11.80

Salario trabajoUnitario=Salario dia∗Númerodias de trabajoSalario trabajoUnitario=$11. 80∗2dias=¿ $ 23.60

Salario trabajoGrupal=$ 23,60∗10=$236.00

Costo Total

CostoTotal=Costo Fijo+CostoVariable

CostoTotal=$236+$51.18

CostoTotal=$287.18

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Hay que destacar que los transformadores son inventos que funcionan en una sola corriente, que es la alterna (C.A.) y no pueden ser utilizados con corriente directa ( C.D.), pues son dispositivos que funcionan con principios que solo pueden ser aprovechados y realizados por una generación de corriente cambiante.

La fabricación de un transformador se debe hacer con mucho cuidado y teniendo en cuenta todas las formulas y constantes físicas que rigen a este dispositivo.

Se construyó sin ninguno inconveniente el transformador adaptando todos los elementos de protección obteniendo unas pequeñas variaciones de voltaje en las salidas del secundario ya que variaba el devanado de 24 voltios a 23 voltios.

Respecto a la estructura transformador se demostró que está bien construida ya que no existe vibración en ella.

Al construir al trasformador adicionar uno o dos voltios al voltaje del transformador ya que en la práctica cae el voltaje.

Si el bobinado es manual adicionar una o dos espiras para evitar disminución del voltaje de igual manera el bobinado debe ser uniforme para evitar choques de flujo magnético y evitar chispas-

8. REFERENCIAS

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http://www.eltiempo.com.ec/noticias-cuenca/107454-nuevos-emprendedores-en-riobamba/

http://es.wikipedia.org/wiki/Calibre_de_alambre_estadounidense http://construyasuvideorockola.com/transformador_casero_01.php

9. ANEXOS

ANEXOS FACTURAS

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