INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIERREZ.

5° semestre

Ingeniería eléctrica.

Transformadores.

Reporte de la construcción de una Planta de soldar casera.

Catedrático: Ing.

Alumno: Arias Parada Martin de Jesus.

30/05/2015

Descripción del proyecto:

Modificamos unos transformadores de microondas para convertirlos en una máquina para soldar piezas de metal. Un transformador de este tipo produce en su estado original alrededor de 2,500 volts, letales instantáneamente pero después de la modificación logramos reducir el voltaje a sólo 25 volts y elevar el amperaje a 350 Amp. Este amperaje puede calentar piezas de metal hasta fundirlas o pegarlas una con la otra.

Fundamento científico:

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, enrolladas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético.

El cambio en la tensión está directamente relacionado al voltaje de entrada y al número de vueltas en las bobinas. Supongamos un transformador con 10 vueltas en la bobina primaria conectado a una entrada de 6 volts y 10 amps. La bobina secundaria tiene 100 vueltas. La corriente de salida sería de 60 volts y sólo un amp. Nuestro transformador modificado funciona al revés; reduce el voltaje y eleva el amperaje.

Se denomina al voltaje como la fuerza electromotiva o diferencial eléctrico de un circuito. Dicho de otro modo, el voltaje es la fuerza que "empuja" la corriente eléctrica por un circuito. El reducido voltaje de salida de nuestro transformador limita el grosor del metal que puede atravesar la corriente.

El amperaje se mide como el número de electrones que pasan por cierto punto en un segundo. A mayor amperaje mayor la cantidad de electrones. Hay materiales con una alta capacidad para conducir electrones como es el cobre. El hierro tiene una baja conductividad, los electrones no fluyen tan fácilmente. El exceso de energía intentando atravesar un material se libera como calor. Nuestro

transformador modificado produce un amperaje tan elevado que la mayoría de los metales no pueden conducir la carga eléctrica y se calientan excesivamente, alcanzando temperaturas arriba de los 1,200°C.

Calculo, diseño y construcción de un transformador.

1.- Calcular el wattage.

Debemos saber cuántos watts necesitamos, solo basta con hacer una operación:

Voltaje de salida y a que amperaje lo que es así:

20 x 160 = 3200 watts

2.- Calcular el área del núcleo

El núcleo son las láminas de hierro en formas de letras " E " juntos con las letras " I" ¿pero cómo se mide el núcleo?

X: es la pata del centro de nuestra chapa en forma de letras " E”

Y: es el grueso de varias chapas en forma de letras " E”

Las mediciones se hacen tomando una chapa en forma de letra " E " y midiendo el centro llamada X y se hace lo mismo midiendo "Y"

Ejemplo:

X = 3.2 cm x Y = 5.3 cm

Luego de tener estos datos hacemos una multiplicación:

3.2 x 5.3 = 16.96 donde 16.96 es el área del núcleo y hay que multiplicarlo al cuadrado

16.96 x 16.96 = 287 watts (anterior mente calculamos 70v x 4 Amp = 280 watts)

Con lo que 287 watts está bien

3.- Calculando el alambre magneto para el primario y secundario.

Anteriormente calculamos 287 watts.

Esos 287 watts se dividen entre la entrada de tensión de nuestros hogares que por lo regular son de 120v a 240v (en mi caso la red pública es de 127v) entonces la operación para calcular el calibre del alambre magneto del primario es la siguiente:

287 watts entre 120v (toma de luz eléctrica en el contacto de tu casa)

287 / 120 = 2.39 amperes esto es para el devanado primario buscamos en la tabla AWG y veremos a que calibre corresponde valor y vemos que corresponde a un calibre 19 que nos entrega 2.6 amperes en la práctica podemos usar un calibre 20 que nos da 2.0 amperes " no bajar más de un punto el calibre ya que puede haber sobrecalentamientos en el transformador" ya sabemos que necesitamos 4 amperes para el secundario y que corresponde al calibre 17 que nos entrega 4.1 amperes

pero para que sepan cómo se calcula la operación es la siguiente

3200 watts entre 20v salida del transformador

3200 /20 = 160 amperes calibre 17 segun la tabla AWG

4.- Calculo de vueltas por voltio

existe una constante que es el numero 42

para calcular el numero de vueltas de alambre magneto solo basta con dividir la constante 42

entre el area del nucleo

anterior mente calculamos de X y de Y 3.2 x 5.3 = 16.96 esta es nuestra area del nucleo entonces la opracion es la siguiente:

constante entre area del nucleo

42 / 16.96 = 2.47 vueltas por voltio

ahora que sabemos que 2.47 vueltas equivalen a un voltio

es hora de hacer la siguiente operacion para el debanado primario y el secundario

2.47 x 120 = 296 vueltas en el primario con un calibre 19 (calculado anteriormente)

2.47 x 70 = 173 vueltas en el secundadio con calibre 17 (calculado anteriormente)

Paso 1: Modificar los transformadores.

Materiales:

- 2 transformadores de horno de microondas (MOT)

- 16 m. de cable de cobre calibre 10 AWG (American Standard Gauge). El cable debe estar hecho de fibras para que sea flexible.

- Pegamento epóxido

Lo primero que debemos hacer es identificar las partes del transformador. En la imagen se ve el bloque de hierro laminado y dos bobinas de alambre de cobre, una gruesa y una delgada. La gruesa es la bobina primaria y es la que necesitamos. Se puede ver que las secciones del bloque están unidas con una delgada línea de soldadura.

Una vez abierto el bloque tenemos acceso a las dos bobinas. Debemos retirar la bobina primaria con mucho cuidado de no romperla o rasparla. La bobina secundaria (alambre delgado) es más difícil de sacar y seguramente se dañará pero no la necesitamos. Un mazo de goma es muy útil para estos procedimientos.

Al terminar tendremos dos piezas distintas con forma de "E" e "I". Es momento de armar el MOT de nuevo. Primero introducimos la bobina primaria hasta el fondo de la pieza "E". Encima de eso vamos a introducir 11 vueltas del cable calibre 10. Aprox. Después debemos volver a pegar las dos partes del bloque usando una soldadora y soldándolos lados para fijar las piezas y una prensa para mantener las partes bajo presión. También fijamos las terminales a las puntas del cable. Una vez enfriando la estructura podemos conectar el transformador usando las dos conexiones de la bobina primaria. En mi caso usé el cable del microondas.

Paso 2: Pruebas iniciales

Es momento de probar el MOT modificado. Nosotros calculamos que nuestro MOT tiene entre 60 y 70 vueltas en la bobina primaria. El voltaje normal de la instalación casera es de 127 volts pero el MOT emite sólo 11 volts. En contraste, el amperaje de entrada es de 15 Amp que al pasar por las 60 a 70 vueltas de la bobina primaria se convierte en aproximadamente 325 Amp. En las imágenes y en las muestras incluidas con el proyecto. Se ve un poco de lo que puede hacer este amperaje con el metal.

Al momento de hacer las pruebas se deben usar guantes gruesos y lentes de protección. Yo usé una lámina de acrílico transparente como escudo. Tampoco se debe tocar el MOT mientras está encendido ya que hay un riesgo de choque eléctrico ni tocar el electrodo. No debe haber nada flamable cerca que pueda incendiarse con las chispas y se debe evitar que los cables se calienten demasiado. Para proteger la instalación eléctrica se debe conectar el MOT a un supresor de picos.

Si el MOT funciona correctamente se puede fundir tornillos y clavos, calentándose a temperaturas superiores a los 1200 °C. Obviamente se debe tener especial cuidado al manipular metales a tan elevadas temperaturas.

Paso 3: Construcción de la carcasa.

Materiales:

Madera

Ventilador

Pijas para madera de 1.5 pulgadas

Acerca del ventilador:

El esmalte en el alambre de la bobina primaria se empieza a degradar arriba de los 60°C por lo que es importante controlar la temperatura del MOT. Originalmente se iba a incluir un ventilador de computadora de 117 volts que se ve en las imágenes pero después lo cambié por el ventilador que saqué del microondas. De nuevo, este es solo un instructivo básico.