transformadores eléctricos mapa conceptual

Comprender el tema

Un transformador eléctrico es una máquina estática que transfiere energía eléctrica entre dos o más circuitos mediante inducción electromagnética, permitiendo elevar o reducir la tensión alterna. Este mapa conceptual organiza su principio de funcionamiento, las relaciones entre tensiones y espiras, las pérdidas de energía, los tipos principales y sus aplicaciones en el transporte y la distribución de electricidad, ofreciendo una visión estructurada del tema para estudiantes de física.

Cómo funciona un transformador
Un transformador consta de dos devanados acoplados a un núcleo ferromagnético común. Cuando una tensión alterna se aplica al primario, circula una corriente que genera un campo magnético variable. Ese flujo variable atraviesa el secundario y, según la ley de inducción de Faraday-Lenz, genera en él una fuerza electromagnética. La relación entre las tensiones depende del cociente de espiras entre ambos devanados. Por eso el transformador solo funciona con corriente alterna: con corriente continua el flujo sería constante y no habría inducción en el secundario, salvo durante los transitorios de conexión y desconexión.

Relación de transformación y conservación de la potencia
En un transformador ideal, la relación entre tensiones es igual a la relación entre espiras: si el secundario tiene el doble de espiras que el primario, la tensión de salida se duplica. Al mismo tiempo, la corriente se reduce a la mitad, de modo que la potencia transferida se mantiene. En transformadores reales aparecen pérdidas, pero el rendimiento es tan alto que esta relación se cumple de forma aproximada. Esta propiedad explica por qué elevar la tensión reduce la corriente en las líneas de transporte y, con ella, las pérdidas por efecto Joule, que dependen del cuadrado de la intensidad.

Pérdidas de energía
Aunque se trata de máquinas muy eficientes, los transformadores reales disipan parte de la energía. Las pérdidas en el cobre se deben a la resistencia de los devanados y aumentan con la carga. Las pérdidas en el hierro incluyen la histéresis magnética, que se minimiza con aceros eléctricos adecuados, y las corrientes de Foucault, reducidas mediante un núcleo laminado con capas aisladas. Por eso los núcleos no son macizos. En transformadores de potencia se emplea aceite como aislante y refrigerante. Estas pérdidas ocurren de forma continua, incluso cuando no hay carga conectada, lo que se conoce como consumo en vacío.

Tipos y aplicaciones
Existen transformadores elevadores, que aumentan la tensión y se usan en las salidas de las centrales eléctricas, y reductores, que la disminuyen en las subestaciones hasta niveles seguros para el consumo. Los autotransformadores comparten parte del devanado y resultan más compactos cuando la relación de transformación es cercana a uno. Los transformadores de medida permiten a los instrumentos registrar intensidades y tensiones elevadas de forma segura. En el ámbito doméstico, los adaptadores de carga incorporan transformadores pequeños que reducen la tensión de la red. Todos comparten el mismo principio de inducción electromagnética.