FundamentosOPFE01 de Electrotecnia Semestre Otoño Clase N 010 °
Profesor: Ing. Jean Paul Salas M
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Contenidos
1. Objet Objetivos ivos de la clase. clase. 2. Cond Condensad ensadores. ores. 3. Elect Electromag romagnetis netismos. mos. Campo magnético.
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Fuerza magnetomotriz. Aplicaciones practicas.
Objetivos de la Clase 1. Reconocer conceptos conceptos fundamentales fundamentales del electromagnetismos electromagnetismos necesarios para entender como funciona funciona los equipos y maquinas eléctricas.
Condensadores. Un con conden densad sador or,, lla llamad mado o tam tambié bién n cap capaci acitor tor , es un dispositivo electrónico fabricado con dos placas o láminas metálicas paralelas, separadas por un material aislante llamado dieléctrico. La función principal de un almacenar ca conde condensado r, es almacena carg rgaaEléctrica. el eléc éctrtrica ica en entrtree su suss placas;nsador por ende, Energía
d A
+
Q
- V V: Potencial Eléctrico aplicado (Voltaje) Q: Carga eléctrica acumulada.
La cantidad de energía que se puede almacenar en un
d: Separación entre las placas.
condensador depende fundamentalmente de la tensión aplica apl icada da ent entre re sus arm armadur aduras as y sus caract caracterí erísti sticas cas
A: Área de las placas.
constructivas.
Condensadores.
Al aplicar una diferencia de potencial eléctrico (voltaje) a las placas o láminas que constituyen el condensador, a tenc nciial aumenta, ta, la carga medida que que este ste pote
d
+
A
Q
-
V
acumulada en las placas también aumentará.
La relación existente entre la carga “Q” acumulada en el condensador y el voltaje “V” aplicado, está expresada a través del siguiente comportamiento algebraico y de la gráfica mostrada: Q V
Q
Q vs V
Q = CV
Área = EP
v W = Ep = ½ CV2
Condensadores.
La constante de proporcionalidad de la relación entre la carga acumulada y el voltaje aplicado, se denomina en electricidad CAPACITANCIA del del condensador y se representa con la letra “C”. Por lo tanto:
Unidad de medida de la Capacitancia :
coulomb 1
Q V
Q
coulomb voltio
C V
A la relación coulomb/voltio se le denomina faradio (F) en el Si Sist stem emaa Inte Intern rnaci acion onal, al, en ho hono norr al físi físico co in inglé gléss Michael Faraday. Faraday.
1
C V
Unidad de medida de la Capacitancia :
C Q V
faradio
1 F 1
voltio C
V
1 F = 1 x 10-6 F 1 nF = 1 x 10-9 F 1 pF = 1 x 10-12 F
Condensadores. La capacitancia de un condensador depende de sus características geométricas y del material aislante colocado coloca do entre las placas. A mayo mayorr área de las placas, se incrementa incrementa la posibili posibilidad dad de almacenar almacenar carga eléctrica. Por otro lado, si aumentamos la separación entre las placas, disminuye la posibilidad de capacitanc itancia ia es considera considerada da almacenamiento de cargas eléctricas en las mismas. Por esta razón la capac como la capacidad que tiene un condensador para almacenar car carga ga eléctrica.
C
A d
C
A
d
La co cons nsta tant ntee de prop propor orci cion onal alid idad ad , se denomina constante const ante dieléctri dieléctrica ca o permit permitiv ivid idad ad del mate materi rial al aislante. Para el caso caso del espacio espacio vacío, vacío, el valor valor de esta constante es:
d A
+
Q
-
V
= 8,85x10-12 F/m
Condensadores. Existen básicamente dos tipos de condensadores: Fijos y Variables. Los fijos se subdividen en dos tipos: Condensador Conden sadores es no polari polarizados: zados: Un condensador no
polarizado en el cual no es necesario fijarse en la posición es enaquel que deben conectarse sus terminales el circui circuito to.. Los Los term termin inal ales es o pa patitita tass de este tipo tipo de condensadores no tienen polaridad. El símbolo de un condensador no polarizado, utilizado en los diagramas de circuitos eléctricos, es:
Condensadores. Condensadores polarizados: También se conocen como condensado conde nsadores res elec electrolí trolíticos ticos y siempre tiene una
polaridad definida, o sea, un terminal positivo marcado con el signo (+), y otro terminal negativo, marcado con el signo ( ). Este tipo de condensador debe ser colocado en la po posic sició iónn co corr rrec ecta ta so sobr bree el ci circ rcui uito to,, de ac acue uerd rdoo a su polaridad El símbolo de un condensador polarizado, utilizado en los diagramas de circuitos eléctricos, es:
Condensadores. Condensadores Variables: Un condensador variable es
aquel que permite cambiar el valor de su capacitancia. Hemos visto que en el caso de un condensador plano, la capacidad puede expresarse por la siguiente ecuación: C
A d
Para que el condensador tenga capacitancia variable hay que hacer que por lo menos uno de los dos últimos parámetros de laun ecuación cambie en de el valor. se puede tener condensador quePor unaejemplo, de las d y de este modo la placas sea móvil, que permita variar d capacidad dependerá de ese desplazamiento. El símbolo de un condensador variable, utilizado en los diagramas de circuitos eléctricos, es:
Condensadores.
Formas de diferenciar un condensador según su aplicación y medidas.
Condensadores.
Poliéster Metalizado
Medidas en Pico Faradios
Tántalo
Resistores.
Electromagnetismo
Un IMÁN se defi define ne co como mo aq aque uell di disp spos osititiv ivoo o material con dos polos (norte y sur) que posee la propiedad de generar un campo magnético.
Un CAMPO MAGNÉTICO se define como aquella magni ma gnitu tudd vecto vectori rial al qu que representa la intensidad de la fuerza para atraer o repeler un
cuerpo.
Electromagnetismo
C ampo m ma ag nét nétii co fforma ormado do por una bobina Si atraves de un conductor se hace circular una corriente eléctrica, en este se formara un campo eléctrico. Se entiende como una BOBINA aquel elemento formado por espiras de alambre enrollado que almacena energía en forma de campo magnético.
A medida que se le hace pasar corriente a un conductor condu ctor enrollado el campo magné magnético tico se hace mas denso en el centro de este.
Electromagnetismo
C ampo m ma ag nét nétii co fforma ormado do por una bobina
Electromagnetismo
C ampo m ma ag nét nétii co fforma ormado do por una bobina Para poder Para poder ent enten ende derr me mejo jorr co como mo funcio funciona na el magn ma gnet etis ismo mo es esen esenci cial al en ente tend nder er al algu guna nass magnitudes que se trabajan en esta. Fl Fluj ujo o ma magn gnéti ético co (Φ): se en entitieende co como mo la cantidad de líneas de fuerza que circulan por el
campo magnético. Inducción magnética (B): se entiende como la ca cant ntid idad ad de líne líneas as de fuer fuerza za qu quee atraviesan
perpendicularmente una unidad de superficie. Las unidades del flujo magnético son: - El Weber Weber [Wb] en el sistema sistema internacion internacional. al. - El Maxvelio, Maxvelio, en el sistema sistema CGS [Mx] Las unidades de la inducción magnética son: - La Tesla [T] en el sistema sistema internaciona internacional.l.
B
S
El Gauss Gauss [Gs] [Gs] en el sistema sistema CGS. CGS.
Electromagnetismo
C ampo m ma ag nét nétii co fforma ormado do por una bobina Si atraves de un conductor se hace circular una corriente eléctrica, en este se formara un campo eléctrico. Se entiende como una BOBINA aquel elemento formado por espiras de alambre enrollado que almacena energía en forma de campo magnético.
A medida que se le hace pasar corriente a un conductor condu ctor enrollado el campo magné magnético tico se hace mas denso en el centro de este.
Electromagnetismo
C ampo m ma ag nét nétii co fforma ormado do por una bobina La Fuerza Magnetomotriz (FM)se entiende como la capacidad que posee la bobina de generar líneas de fuerzas en un circulo magnético.
Fuerza Magnetomotriz
FM
N I
Intensidad de Campo Magnético
La In Inte tens nsid idad ad de dell ca campo mpo ma magn gnét étic ico o (H) (H)nos
indica lo intenso que es el campo magnético, es importante destacar que a mayor es la longitud de la bobina mas débil será la intensidad de esta.
Reluctancia FM
La (Re)las delíneas un material nosenindica si esteReluctancia deja establecer de fuerza mayor
o menor grado. FM= fuerza Magnetomotriz (Amperio – Vuelta) N= Numero de espiras I = intensidad de corriente (A) H= intensidad de campo en amperio-vuelta/metro (Av/m) L=longitudes de la bobinas (m)
Re
H
FM
L
Electromagnetismo
C ampo m ma ag nét nétii co fforma ormado do por una bobina Los Electroimanes consisten en un núcleo de hierro rodeado de una bobina, que imanta a volun vol untad tad cuadesim ndo o anta hacemo hactaemos pasmome arment una cor riente eléct el éctri rica ca ycuand de siman ens elpasar mo ntoo corrie qu que e nte se interrumpe esta corriente. Fuerza de Atracción F
40000 B 2 S
F=fuerza de atracción en Kp. B= inducción en el núcleo en T. S= superficie de contacto entre el núcleo y el hierro móvil 2
en m .
Electromagnetismo
C ampo m ma ag nét nétii co fforma ormado do por una bobina Hierro Hie rro For Forja jado do 0,1 80
B (T)
H (Av/m) Cha Chapa pa Nor Normal mal 50
00,,53 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9
116200 230 400 650 110000 224400 553300 7000 11000 17000
16050 180 360 675 1200 2200 3500 6000 10000 16000
2
27000
32000
Cha Chapa pa al Sil Silici icioo 90 117400 240 350 530 1300 5000 9000 15500 27500
Tabla de relación entre la inducción magnética (B) y la intensidad del campo magnético (H)
Tabla de relación entre la inducción magnética (B) y la intensidad del campo magnético (H)
Electromagnetismo
C ampo m ma ag nét nétii co fforma ormado do por una bobina Relé
Electroválvula
Electromagnetismo
C ampo m ma ag nét nétii co fforma ormado do por una bobina
Contactor
Electromagnetismo
Ejercicios 1. Calcul Calcular ar la carga eléctr eléctrica ica que almace almacena na un condens condensado adorr de 1000 1000 [μF] cuando esta sometido a las siguientes tensiones, 4, 20 y 100 voltios. 2. ¿Qué espesor espesor deberá deberá tener tener el dialect dialectico ico de un conde condensad nsador or plan planoo de porcelan porcelanaa (ε=5,5) para conseguir una capacidad de 1 [μF], si posee unas armaduras con unas dimensiones de 50 [cm[ x 2 [cm]? 3. Determine las características de los condensadores y resistores que aparecen en las las figuras.
Electromagnetismo, Ejercicios 1. Un circuito circuito magnét magnético ico con núcleo núcleo de de hierro hierro forjado forjado posee posee una longitu longitudd de 10 [Cm ]y una sección transversal de 3 [Cm2]. La bobina tiene 100 espiras y es alimentado por una corriente de 1 [A]. Con la ayuda de la tabla determine H,B,Φ,Re y FM. 2. (relación Un núcleo núcleoentre de acero acer una-3 Henrios/metro inducció inducciónn de 1,2 [T] La posee pose e unadeperm permeab eabili ilidad dad B/H)odecon 4* 10 [H/m]. longitud la bobina es de 25 [cm] y la superficie recta del núcleo es de 5 [cm]. Calcular el flujo Magnético, la intensidad de campo, la fuerza magnetomotriz. 3. El núcleo de la figura N°1 es de chapa al silicio con una sección transversal de 25 [cm2]. La bobina bobina posee 500 espiras espiras y es atravesada atravesada por una corriente corriente de 10 [A]. Determine Determine con ayuda ayuda de la tabla B,Φ y FM. 4. El circuito circuito magné magnético tico de de la figura figura N°2 esta fabricado fabricado de una una chapa magnética normal. Se desea obtener en el entrehierro una inducción magnética de 1,1 [T] Suponiendo que todo el flujo se conduce por dicho entrehierro y que no se dispersa, determinar el numero de espiras con las que habrá que fabricar la bobina si se quiere suministrar una corriente de 2 −7
Figura N°1
[A]. 4 4 10
Τ
Bibliografía Textos de utilización en la Asignatura:
– Electrotecnia – 5ta. Edición, Editorial Paraninfo – Año 2011. Alcalde SSan an Miguel Pablo – Electrotecnia –
(https://docs.google.com/file/d/0B2Kf7_fa1gl1ek (https://docs.g oogle.com/file/d/0B2Kf7_fa1gl1ekxISHZTNnFaRjg/preview) xISHZTNnFaRjg/preview)
Figura N 2
