PERMEABILIDAD DE MATERIALES FERROMAGNTICOS

Moreno Jorge, Camarn Jeffersson y Roldan Amandajorgeemorenonohiguera@gmail.comjcamaron08@hotmail.comularc2006@yahoo.comUniversidad Distrital Francisco Jos de CaldasUniversidad Distrital Francisco Jos de Caldas Facultad Tecnolgica. Jorge Moreno, Jeffersson Camarn, Amanda Roldan. Permeabilidad de los materiales ferromagnticos 4Ingeniera Elctrica Campos Magnticos

1. INTRODUCCINLa constitucin y diseo de los ncleos de los transformadores y mquinas elctricas son a base de materiales ferromagnticos, compuestos de hierro adems de sus aleaciones con cobalto, tungsteno, nquel, aluminio entre otros. En un transformador se usan para maximizar el acoplamiento entre los devanados, as como para disminuir la corriente de excitacin necesaria para la operacin del transformador.

2. MARCO TERICO

2.1. Ferromagnetismo

Los materiales ferromagnticos tienen un fenmeno de ordenamiento de largo alcance a nivel atmico, que hace que los espines de los electrones se alineen paralelamente entre s, en una regin del material llamada dominio. El campo magntico dentro del dominio es intenso, pero el material generalmente no estar magnetizado, debido a que los muchos dominios que lo componen estarn orientados entre ellos de forma aleatoria. El ferromagnetismo se manifiesta en el hecho de que un pequeo campo magntico puesto externamente por ejemplo por un solenoide, puede originar que los dominios magnticos se alineen entre s y entonces se dice que el material est magnetizado.

Figura 1: Orientacin de los dipolos magnticos en un material ferromagntico con y sin presencia del campo magntico.

Fuente: Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

2.2. El ciclo de histresis

Cuando a un material ferromagntico se le aplica un campo magntico B su imantacin crece hasta llegar al estado de saturacin; puesto que todos los dominios magnticos estn alineados. As se obtiene la curva de primera imantacin.Despus si el campo magntico se hace decrecer gradualmente hasta anularlo, la imantacin no decrece del mismo modo, ya que la reorientacin de los dominios no es completamente cambiable, quedando una imantacin remanente.Luego el material se ha convertido en un imn permanente, al invertir B conseguiremos anular la imantacin con un campo magntico.El resto del ciclo se consigue aumentando de nuevo el campo magntico aplicado, este resultado de no reversibilidad es conocido como ciclo de histresis.

Grfica 1: Curva de histresis

Fuente: e-educaiva.catedu.es

2.3. Permeabilidad

La constante magntica T m/A se llama permeabilidad del espacio. La permeabilidad de la mayora de los materiales est muy cerca de 0, ya que la mayora de materiales estn clasificados como paramagnticos o diamagnticos. Pero en los materiales ferromagnticos, la permeabilidad puede ser muy grande y es conveniente caracterizar los materiales por una permeabilidad relativa. La permeabilidad del material magntico en cualquier punto de la grfica de histresis, es la razn entre B y H en el punto considerado.

(1)

Donde B: campo magnticoH: intensidad de campo magntico: permeabilidad

(2)Dado que: Permeabilidad del espacio: Permeabilidad relativa

3. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar de forma experimental la permeabilidad del ncleo de un transformador monofsico.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar mediciones y registrar datos del campo magntico y la intensidad del campo magntico en el ncleo de un transformador monofsico. Disear un circuito RC en el secundario del transformador para que nos permita visualizar su curva de histresis en el osciloscopio del transformador.4. METODOLOGA

La metodologa descrita a continuacin fue establecida con el fin de obtener errores mnimos en las mediciones de V, I del circuito propuesto.

Figura 2. Diagrama de metodologa. Montaje experimental

Si

No

Se prest atencin a las notas de seguridad de los equipos de medida?

Lea las notas de seguridad

No

Si

Disear circuito RCRealizar el montaje del circuito diseado

Si

NoConfigurar el osciloscopio

Ajustar el osciloscopio con su respectiva referencia, para visualizar correctamente la curva de histresis

Si

Obtencin de la curva de histresis con el osciloscopio

Fin del experimento

Fuente: Los Autores.

5. ANALISIS DE RESULTADOS

A continuacin, se presenta el respectivo montaje y los datos obtenidos del osciloscopio se muestran en el anexo 1.

5.1. MONTAJE

Figura 3. Montaje

Fuente: Los Autores.

5.2. medicin de tensin y corriente con los canales del osciloscopio

Para poder observar la corriente en el primario se coloc una resistencia de 1, por lo tanto el campo magntico es directamente proporcional a la F.E.M. del condensador a tierra y la intensidad del campo magntico es directamente proporcional a la corriente que pasa por la resistencia de un ohmio.

Grfica 2. Seal del osciloscopio

Fuente: Los Autores

Posteriormente, con los puntos del primer tramo de la cura obtenemos la permeabilidad, para lo cual se tienen en cuenta la siguiente tabla:

Tabla 1: Caractersticas del equipo de medida

Fuente: Catalogo de equipo Rigol

Seguidamente con los puntos de la curva de histresis, se ubic un segmento de la curva donde fuera lineal.

Grfica 3. Seccin lineal de la curva de histresis

Fuente: Los Autores

La permeabilidad relativa del ncleo del transformador es la pendiente de la grfica, utilizando el mtodo de mnimos cuadrados calculamos el error de la pendiente.

Tabla 2. Formula matricial

402,9691212,38795724

4,152016280,02983679

0,999469460,02036484

9419,447725

3,906497790,00207363

Amarillo: pendienteVerde: Error de la pendiente

Permeabilidad relativa

Tabla 3. Permeabilidad de materiales Ferromagnticos

Fuentes: Articulo, Materiales Magnticos.

La permeabilidad que se hallo es mucho mayor a uno, , la cual fue de 402.97 y menor 7000 como se muestra en la tabla 3. La grafica del osciloscopio nos muestra una curva de histresis angosta, por lo cual podemos afirmar que el transformador tiene un ncleo ferromagntico blando6. CONCLUSIONES La permeabilidad del ncleo del transformador es de 402.97 4.15

La resistencia de 320 K y el condensador de 2.3 F fue el mejor arreglo para poder ver la curva en el osciloscopio. Los materiales ferromagnticos tienen una mayor capacidad de resistencia ante campos magnticos altos antes de entrar en una zona de fluencia en la cual el material no pierde sus caractersticas de conductividad. La permeabilidad del material debe ser alta para que la reluctancia en el circuito magntico sea cercana a la de un transformador ideal. A medida que lacorriente del primario decreca en laprctica, laintensidad de flujo tambin lo haca. Esta fue el nico caso de una verdadera proporcionalidad directa.

7. REFERENCIAS[1] Manual Osciloscopio [2] Artculo. Materiales Magnticos. Universidad Tecnolgica Nacional Regional Mendosa. Autores: Ing. Adolfo F Gonzales, Ing. Ricardo M Cesari[3] Maquinas Elctricas y Transformadores. Autor: Bhag S. Guru