Calculación del Transformador – Relación de Vueltas y Vueltas por Voltio
Un transformador es un componente pasivo que transfiere energía eléctrica de un circuito eléctrico a otro. Estos dispositivos juegan un papel crucial en la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica en todo el mundo. Permiten la transferencia eficiente de energía eléctrica entre circuitos con diferentes niveles de voltaje, asegurando la fiabilidad y estabilidad de los sistemas de energía modernos. En este artículo, exploraremos los principios detrás de los transformadores, sus diversos tipos y sus amplias aplicaciones en nuestra vida cotidiana.
Relación de Vueltas
La relación de vueltas es la proporción del número de vueltas en el bobinado primario (Np) frente al número de vueltas en el bobinado secundario (Ns). Determina la relación entre los voltajes de entrada (primario) y salida (secundario) de un transformador. Se puede expresar como:
Relación de vueltas (N) = Np / Ns
Según la ecuación básica de voltaje del transformador, la relación del voltaje primario (Vp) al voltaje secundario (Vs) es igual a la relación de vueltas:
Vp / Vs = Np / Ns
En los transformadores elevadores, la relación de vueltas es mayor que 1, ya que el número de vueltas en el bobinado primario es menor que en el secundario, resultando en un voltaje de salida más alto. Por el contrario, en los transformadores reductores, la relación de vueltas es menor que 1, ya que el número de vueltas en el bobinado primario es mayor que en el secundario, lo que produce un voltaje de salida más bajo.
Vueltas por Voltio (Tpv)
Las vueltas por voltio es un parámetro utilizado en el diseño de transformadores que representa el número de vueltas necesarias en el bobinado por cada voltio de salida. Depende del material del núcleo, el tamaño del núcleo y la frecuencia de operación. El valor de vueltas por voltio ayuda a determinar el número de vueltas requerido para ambos bobinados primario y secundario para lograr la transformación de voltaje deseada. Se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
Tpv = (4.44 * 104 * Ae * Bm * f) / Vp
Donde:
- Ae es el área de sección transversal efectiva del núcleo (cm² o m²)
- Bm es la densidad de flujo máximo del material del núcleo (T, Tesla)
- f es la frecuencia de operación (Hz)
- Vp es el voltaje primario (V)
Una vez calculado el valor de vueltas por voltio, se puede determinar el número de vueltas para los bobinados primario y secundario:
Bobinado primario (Np) = Vp * Tpv
Bobinado secundario (Ns) = Vs * Tpv
Ejemplo Práctico
Veamos un ejemplo paso a paso de cómo calcular un transformador:
Supongamos que queremos diseñar un transformador monofásico reductor que convierta un voltaje de entrada de 240V AC en un voltaje de salida de 12V AC con una potencia nominal de 120W.
Paso 1: Determinar la relación de vueltas. La relación de vueltas (N) es la proporción del voltaje primario (Vp) al voltaje secundario (Vs). N = Vp / Vs. En este ejemplo, N = 240V / 12V = 20.
Paso 2: Calcular las corrientes primaria y secundaria. Para determinar las corrientes, usaremos la potencia nominal (P) y los voltajes de entrada/salida. Para el lado primario (Ip): Ip = P / Vp. Ip = 120W / 240V = 0.5A. Para el lado secundario (Is): Is = P / Vs. Is = 120W / 12V = 10A.
Paso 3: Seleccionar el tamaño del núcleo y calcular el número de vueltas. El tamaño del núcleo depende de la potencia nominal y la frecuencia de operación. En este ejemplo, usaremos un núcleo con un área de sección transversal (Ae) de 1.5 cm² para una frecuencia de 50 Hz. El número de vueltas por voltio (Tpv) se puede calcular usando la fórmula: Tpv = (4.44 * 104 * 1.5 * 1.1 * 50) / 240V = 1.375 vueltas/voltio. Ahora, podemos calcular el número de vueltas en los bobinados primario y secundario. Bobinado primario (Np): Np = Vp * Tpv.
