Lunes, 22 de Abril

El último día estuvimos viendo un dispositivo, llamado transformador ideal, que tenía unas propiedades algebraicas muy interesantes, pero que al mismo tiempo parecían muy idílicas. La sesión de hoy va ligada a la clase del otro día, no obstante, en este caso,  lo que vamos a ver es un elemento de la vida real, que de forma muy similar, cumple esas condiciones. 

Empezamos la sesión con algún circuito con transformadores en el cual se debe buscar la potencia de salida. Aprovechando uno de estos ejemplos, introducimos una nueva forma de resolver los circuitos con transformadores consistente en usar el circuito equivalente de Thévenin. El método consiste en sustituir el circuito de la entrada por su equivalente de Thévenin y de este modo, encontrar directamente la tensión de salida sin tener que buscar impedancias equivalentes, deshacer cambios, etc. Ya puestos en contexto otra vez sobre el funcionamiento del transformador ideal, vamos a profundizar un poco más sobre este dispositivo.

¿Existe algún dispositivo real modelable mediante el transformador ideal?

La respuesta es NO, pero hay un dispositivo, llamado transformador perfecto, que se le asemeja bastante. Este elemento consiste en un solenoide enrollado en un material ferromagnético, de modo que el modelaje de este circuito es el siguiente: 

Este modelaje es debido a la forma de construcción de este elemento. Si nosotros cogemos un solenoide, lo enrollamos en un material ferromagnético y lo excitamos con una tensión, dentro de este material ferromagnético circulará un corriente que cumple las leyes de Ampère del electromagnetismo. De este modo, lo que tenemos no es nada mas que una bobina enrollada. En el momento que le enrollamos, en el mismo material, otro solenoide, pero en este caso, en circuito abierto, constituimos el transformador. Para una demostración algebraica detallada, consultar las páginas 40-43 de este libro. En todo caso, lo que obtenemos es un dispositivo cuya relación de transformación es:

n=sqrt(L1/L2)= N1/N2 

Características importantes

•  El dispositivo en continua no funciona
•  El coeficiente de autoinducción de la bobina depende de la geometría y de la permeabilidad del material, rigiendo esta expresión.

Simbología

¿Por qué necesitamos un material ferromagnético?

La respuesta a la pregunta la vamos a demostrar con un ejemplo. Como hemos descrito anteriormente, para que este transformador funcione, necesitamos un material de alta permeabilidad magnética y aislante, como por ejemplo la ferrita. Si nosotros queremos construir un transformador casero, cogemos una espira y la enrollamos alrededor de un tornillo o un clavo de hierro, el efecto que se produce es el siguiente: como el hierro del clavo no es un material ferromagnético, se comporta como una espira en cortocircuito y por lo tanto si midiéramos la tensión en la salida de nuestro transformador veríamos que V=0. En consecuencia, la solución es encontrar un elemento que tenga características metálicas, para que sea buen conductor, pero que al mismo tiempo sea aislante. 

Curiosidades

Aprovechando estas características del transformador, la humanidad ha creado grandes inventos:

• El buscaminas: El buscaminas utiliza el sistema comentado anteriormente. El aparato que detecta minas esta formado por un generador de tensión, una resistencia y medio transformador, de modo que, cuando encuentra un elemento metálico, se crea un transformador en cortocircuito y  la tensión de salida es nula. 
• Detector de coches: El sistema de detección de coches funciona exactamente igual al anterior. En el momento que se acerca un coche a la inductancia, se crea un transformador en cortocircuito y la tensión de salida vuelve a ser cero. 
• Sistema antirobo: El sistema antirobo de las tiendas esta constituido de la siguiente forma: Los arcos situados en la salida están formados por un generador sinusoidal, una resistencia y una inductancia, en cambio, los chips de dentro los libros están formados por otra inductancia, un fusible y un condensador. En este caso, en vez de cortocircuitar el transformador, se juega con la frecuencia de resonancia entre la bobina y el condensador, de modo que cuando el objeto pasa por los arcos, el circuito entra en resonancia, la tensión de salida es máxima y se activan las alarmas. Si en vez de robarlo, somos éticos y se lo damos al cajero este le aplica una tensión muy alta que peta el fusible y por lo tanto la alarma ya no se activa.

De este modo, un día antes de St. Jordi, festividad muy importante en Cataluña, terminamos la sesión de esta semana.