Transformadores ideales

Un transformador es un dispositivo de corriente alterna que transforma voltajes, corrientes e impedancias. Normalmente consiste en dos o más bobinas acopladas magnéticamente a través de un núcleo ferromagnético común, como se ilustra en la figura:

Para la trayectoria cerrada en el circuito magnético trazado por el flujo magnético tenemos:

donde N1, N2 e I1, I2 son el número de vueltas y la corriente en los circuitos primario y secundario, respectivamente. El lado izquierdo de la ecuación anterior es la integral de línea cerrada del vector intensidad de campo magnético H alrededor del núcleo del transformador, consecuencia de la ley circuital de Ampère. Esto representa la fuerza magnetomotriz neta. De acuerdo con la ley de Lenz, la fuerza magnetomotriz inducida en el circuito secundario, N2i2, se opone al flujo magnético creado por la fuerza magnetomotriz en el circuito primario, N1I1.

El símbolo R del lado derecho de la ecuación denota la reluctancia del circuito magnético, la cual depende de la geometría y es inversamente proporcional a la permeabilidad del material del núcleo. Para el caso de los transformadores ideales suponemos que no hay flujo de fuga, y por tanto:


La razón de las corrientes en los devanados primario y secundario de un transformador ideal es igual a la inversa de la razón de transformación. La ley de Faraday nos dice que:

donde los signos apropiados de V1 y V2 se han tenido en cuenta por las polaridades indicadas en la figura. A partir de las ecuaciones anteriores tenemos que la relación de voltajes entre el devanado primario y secundario para un transformador ideal es igual a la razón de transformación.


Cuando el devanado secundario termina en una resistencia de carga, la carga efectiva vista por la fuente conectada al devanado primario es:

Cuando un flujo magnético variable con el tiempo fluye por el núcleo ferromagnético, se produce una fuerza electromotriz inducida de acuerdo con la ley de Faraday. Esta fuerza electromotriz inducida producirá corrientes locales en el núcleo conductor, normales al flujo magnético. Estas corrientes se denominan corrientes parásitas, y producen pérdida óhmica de potencia y generan calor local. Éste es el principio del calentamiento por inducción.

Para reducir las pérdidas por corrientes parásitas en aplicaciones de baja frecuencia-alta potencia es usar núcleos laminados, cada uno aislado de sus vecinos mediante una capa delgada de barniz u óxido. El recubrimiento aislante debe ser paralelo a la dirección del flujo magnético, para que las corrientes parásitas normales al flujo estén restringidas a las láminas.

Bibliografía:

Cheng, David K.. Fundamentos de electromagnetismo para ingeniería.

Trenes de levitación Maglev

Los trenes Maglev se fundamentan en la energía electromagnética a partir del principio de atracción - repulsión entre dos campos magnéticos. Por un lado, la repulsión magnética permite elevar unos centímetros del suelo al tren, que va dotado con unos potentes electroimanes, que son a su vez repelidos por otros que se encuentran a lo largo de la vía.

Este fenómeno se explica a través del “efecto meissner” que explica la posibilidad de producir fuerzas magnéticas debido a la tendencia a expulsar un campo magnético externo que intenta penetrar en el interior de un superconductor. Esto quiere decir que si acercamos un imán a un superconductor, el superconductor genera una corriente en su interior que produce un campo magnético opuesto al producido por el imán, de forma tal que en el interior del superconductor el campo magnético total sea nulo. Si el campo magnético generado por el superconductor es suficientemente intenso, el imán podrá levitar.

Ventajas: su principal ventaja frente a un tren convencional es que su única resistencia es el aire.

- Velocidad muy alta, pudiendo alcanzar hasta los 650 Km/h. El motor se encuentra en la vía y no en el tren, haciendo que éste sea más ligero y permitiéndole alcanzar altas velocidades dependiendo del diseño.

- Muy seguro, ya que al poseer guías laterales el descarrilamiento es muy poco probable.

- Consumo de energía razonable.

- Sonoridad o nivel de ruido bajo.

- Contaminacion baja puesto que no funcionan con motores de combustión.

Inconvenientes:

- Altísimo coste de la infraestructura necesaria para la vía y el sistema eléctrico.

- No hay compatibilidad con las vías actuales de trenes.

- Poco recomendado para el transporte de carga pesada ya que el tren debe levitar.

En un estudio realizado por el Discovery Channel se ha demostrado la posibilidad de construir un túnel suspendido por encima del Océano Atlántico que recorra la distancia existente entre Nueva York y Londres en 54 minutos. Para ello, este túnel que tendría más de 5000 km y que se encontraría flotando por si mismo en el océano, tendría que albergar en su interior a un tren Maglev que viajase a una velocidad de 8050 km/h.

http://dsc.discovery.com/convergence/engineering/transatlantictunnel/interactive/interactive.html