Circuitos magneticos

1. Profesora: Alumno:
Ing., Ranielina Rondón Mejías
Sec.: EV
Barcelona, 31 de Mayo de 2014.
Vicente Zambrano
C.I:20.358.951
República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Extensión-Barcelona
Maquinas Eléctricas I

2. Índice
Pág.
Introducción………………………...…………………………….……….03
Circuito magnético ideal con excitación constante……...…..…….04, 05,06
Efectos del entre hierro……………………………………………..……..07
Efecto de saturación en un circuito magnético con excitación constante...08
Circuito magnético ideal con excitación senoidal................…..09, 10,11, 12
Imanes permanentes……………………………….…………….………, 13
Analizar la fuerza atractiva y la energía del campo magnético…...13, 14, 15
Formas de reducir las pérdidas totales en núcleos magnéticos..….......16, 17
Conclusión……………………………………………………………..…18
Bibliografía…….…………………………………………………….……19

3. Introducción
Los materiales ferromagneticos tienen propiedades naturales que los hacen
muy valiosos en el extenso mundo de la física especialmente en la
generación de campos magnéticos, son la base fundamental para el
desarrollo de esta teoría. A continuación se llevara a cabo un trabajo teórico
practico donde se estudia el comportamiento de los factores que
intervienen en los circuitos magnéticos como la diferencia entre utilizar una
fuente de alimentación continua llamada excitación constante y la fuente de
alimentación de corriente alterna conocida como excitación senoidal, de
igual forma resaltan los aspectos más relevante del comportamiento de las
magnitudes que intervienen en estos circuito como la intensidad de la
corriente, el flujo magnético, la permeabilidad, y la reactancia magnética
siendo este ultimo un tema muy importante ya que es uno de los factores
claves para el diseño de los circuitos magnéticos.
De igual forma se describen recomendaciones para reducir las pérdidas de
energía en los núcleos de los circuitos magnéticos ya que estas pérdidas
contrarrestan el funcionamiento de los circuitos recortando su tiempo de
vida útil lo que se traduce en perdida de dinero y tiempo para las empresas
donde estos circuitos juegan un papel fundamental siendo el corazón de
maquinas prioritarias como transformadores.

4. 1- ) Analizar el circuito magnético ideal con excitación constante.
Cuando hablamos de un circuito magnético ideal nos referimos a un
circuito formado por una fuente de alimentación continua, una bobina, y un
núcleo o anillo de material ferromagnético, el objetivo de este circuito
generar un campo magnético cuando se energiza la bobina, está a su vez
envuelve al anillo o núcleo del material ferromagnético permitiendo así
canalizar las líneas de fuerza del campo creado a través del camino
formado por el núcleo o anillo de material ferromagnético, se llama circuito
magnético ideal a aquel circuito capaz de no tener perdida en las líneas de
fuerza del campo generado es decir aprovechar el 100% del campo
magnético, sin embargo a pesar de que existen materiales ferromagneticos
con una permeabilidad muy alta siempre hay una pequeña fuga de las
líneas de fuerza del campo generado.
Para analizar el circuito magnético ideal con excitación constante tenemos:
a- ) Circuito magnético ideal con núcleo sin entre hierro.
Supongamos que formamos un circuito magnético con una bobina
energizada por una excitación constante o lo que es lo mismo una fuente de
alimentación de corriente continua, una vez que se establezca el régimen
permanente del campo eléctrico el valor de la corriente va a permanecer
constante y su valor dependerá exclusivamente del valor óhmico de la
resistencia de la bobina y del valor de tensión con la cual se esta
energizando, es decir la corriente del circuito va hacer inversamente
proporcional al valor de la resistencia de la bobina y proporcional al valor
de la tensión aplicada, si queremos aumentar la corriente disminuimos el

5. valor de la resistencia de la bobina o aumentamos la tensión aplicada,
tratándose de una excitación continua los parámetros mencionados no van a
variar por si solo, la variación depende si se modifican los valores de
resistencia de la bobina y de la tensión con que se está energizando.
Viéndolo desde el punto de vista práctico tenemos en la siguiente grafica
un circuito magnético formado por una bobina y una fuente de
alimentación continua o excitación constante:
Tensión aplicada a la bobina= 12voltios DC
Calculamos el valor de la resistencia de la bobina
Rb=
.
500Ω
Al aplicarle una tensión continua a la bobina de 10 voltios se produce una
corriente de 0.02A ya que la resistencia de la bobina es de 500 Ω.
¿Qué pasa con la corriente y el valor de la resistencia de la bobina
disminuye considerablemente a 20Ω?
Aplicando la ley de ohm:
Ib=
Ω
=0.5A
La corriente aumenta considerablemente a 0.5 A
FIG. 0.2 Circuito magnético la resistencia de la bobina de 500 Ω

6. Fig. 0.3 Valor de la corriente con la resistencia de la bobina 20Ω
Finalizando el análisis de la fig. 8.22 circuito magnético ideal alimentado
con corriente continua, el valor de la intensidad del campo magnético
estará representado por la expresión:
.
Mediante la curva de imanacion del material del núcleo podemos obtener la
inducción magnética y por lo tanto el flujo magnético correspondiente.la
relación entre flujo magnético y fuerza magnetomotriz está representada
por la expresión:
Ø=
.
Donde:
N: Numero de espiras o vueltas de la bobina
: Intensidad de corriente continúa
: Reluctancia de hierro
: Longitud media del circuito magnético
: Intensidad del campo magnético.

7. 2- ) Efectos del entre hierro.
Como pudimos observar en el análisis del circuito anterior era un circuito
magnético ideal con núcleo sin entre hierro es decir el material
ferromagnético utilizado para crear el núcleo o el anillo por donde circula
el campo magnético una vez energizada la bobina es un continuo desde el
comienzo hasta el final no existe una separación que divida el material
ferromagnético, sin embargo existen circuitos magnéticos con núcleos o
anillos los cuales tiene separaciones en algún punto del mismo, esta
separación es llamada entre hierro la cual genera ciertos efectos en el
circuito magnético entre los más importantes están:
Aumenta la reluctancia de los circuitos magnéticos: al crear una
separación en el núcleo del material ferromagnético, el aire entra a la
sección entre hierro lo que permite que el valor de reluctancia
aumente considerablemente ya que ocasiona más resistencia al paso
del flujo magnético.
Crea un flujo magnético disperso: es la pequeña parte del flujo
magnético total que se genera el espacio entre hierro, dependiendo
de la separación este puede ser entre un 3 y 5 % del flujo magnético
total.
Produce un factor de apilado: es el factor producto de la relación que
existe entre la sección geométrica y la sección entre hierro, este
factor debe ser tomado en cuenta para los cálculos prácticos en los
circuitos magnéticos ya que interviene de forma directa sobre la
determinación de la longitud del circuito.
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8. 3- ) Efecto de saturación en un circuito magnético con excitación
constante.
La saturación en un circuito magnético alimentado con excitación constante
es el punto del ciclo de histéresis en el cual el campo magnético se ve
limitado o estabilizado, esto debido a que todos los materiales tienen un
límite de magnetización, es decir en un circuito magnético alimentado con
excitación continua se puede aumentar la intensidad de la corriente, a su
vez la inducción magnética aumenta de forma lineal pero el material
ferromagnético llega al punto en el cual ya el aumento de la intensidad de
la corriente no produce aumento de la inducción magnética producto de las
propiedades magnéticas del material, esto se conoce como etapa de
saturación.
Entre los efectos que produce este fenómeno están:
Estabilización del campo magnético: debido a que el material
ferromagnético alcanza su tope de inducción magnética el campo
magnético no varía puede disminuir pero no podrá seguir
aumentando a medida que aumente la intensidad de la corriente.
Ocasiona perdida de energía: cuando se satura el material
ferromagnético con el tiempo este pierde propiedades magnéticas
que lo hacen menos conductor de campo magnético transformando
este proceso en una pérdida de energía.
Obliga al incremento físico de los circuitos: los núcleos de los
transformadores aumentan su tamaño con la intención de alargar el
proceso de saturación permitiendo aprovechar lo mas que se pueda la
energía, pero esto se traduce en mayor costa para fabricar circuitos
magnéticos.
Produce armónicos y distorsión de señales por intermodulación: en
circuitos de corriente alterna cuando se produce esta no linealidad
entre la intensidad de la corriente y el flujo magnético provoca
distorsión en las señales.
Actúa como limitador de corriente en circuitos magnéticos con
núcleo saturables: en los transformadores usados para las maquinas
de soldadura de arco, ya que cuando la corriente del primario excede
su valor el núcleo es empujado a la región de saturación limitando

9. mayores incrementos en la corriente secundaria controlando así la
impedancia del inductor.
4- ) Circuito magnético ideal con excitación senoidal.
Un circuito magnético ideal con excitación senoidal está formado por una
bobina, un núcleo o anillo de material ferromagnético y una fuente de
alimentación de corriente alterna, de acuerdo las propiedades de la fuente
de alimentación senoidal provoca que la fuerza electromotriz en la bobina
también sea senoidal y del mismo valor que la tensión aplicada permitiendo
así que no se tome en cuenta la resistencia interna de la bobina ni el flujo
magnético ya que la intensidad de la corriente ya no se ve afectada por
estos parámetro.

10. Analizando el circuito magnético ideal con excitación senoidal de la figura
8.15 prevalecen los siguientes aspectos más importantes:
La fuerza electromotriz está relacionada con el flujo magnético a
través de la ley de Faraday: E=N
-ø
-.
Al ser la fuerza electromotriz senoidal también lo es el flujo
magnético.
La corriente que circula por la bobina esta relaciona con el flujo
magnético a través del ciclo de histéresis, por lo que la misma no es
completamente senoidal como lo muestra la figura 8.14
Ejemplo práctico de un circuito magnético con alimentación senoidal:

11. Para el circuito magnético de la figura 8.23 denote la formulas para
calcular:
a) La longitud del hierro
/ 0 1 2 /
b) La sección de hierro
3 34.
567%9
c) La sección de aire del entrehierro
3: 71 ; :9. 7< ; :)
d) El flujo generado por la bobina.
Ø=
ø=
>
ø?%
@AA
e) La inducción en el hierro
B
ø
3
f) La inducción del aire
B:
ø
3:
g) Intensidad del campo magnético el aire
:
B:
µ
h) Intensidad de la corriente necesaria
:C
. ; :. :
D
Otra forma de tner en cuenta el flujo disperso, es trabajando con el flujo
útil, y cuando se determine el valor de la corriente necesaria, la misma se
incrementa en el porcentyaje establecido para el flujo disperso.

12. 5- ) Reactancia de dispersión en los circuitos magnéticos.
La reactancia de dispersión representa la pérdida del flujo magnético que se
desvía del núcleo o anillo del circuito magnético producto de muchos
factores como por ejemplo la desviación de flujo magnético que produce el
aire en los circuitos, este parámetro se refleja como la perdida de flujo que
disminuye el campo magnético, es la razón por la cual los circuitos
magnéticos de excitación senoidal no pueden ser ideales debido a que como
están formados por componentes inductivos estos poseen de manera natural
un valor de reactancia de dispersión que varía en función de otros
parámetros como la tensión aplicada al circuito. Por lo tanto los circuitos
magnéticos no entregan el 100% del flujo magnético para el cual son
diseñados. Por otra parte la reactancia de dispersión realiza una misión
estimable porque limita la corriente de corto circuito, lo cual no solo
protege al propio transformador contra su destrucción durante el tiempo
necesario para que funcionen los dispositivos de protección, sino que
aminora también el servicio de ruptura de los disyuntores y la perturbación
de tensión en el resto del sistema. Por consiguiente en la práctica no se
construyen transformadores con la menor reactancia posible, sino que
tienen que tener la reactancia suficiente para limitar la corriente de
cortocircuito que va de 7 a 25 veces la corriente de plena carga, conforme
a las condiciones de servicio

13. 6- ) Imanes permanentes
Los imanes permanentes son materiales que poseen una gran capacidad
de almacenamiento de energía magnética, que perdura en el tiempo y que
su degradación no es significativa. Un aspecto importante es la curva
característica de magnetización o curva de histéresis, curva que es
particular para cada tipo de material magnético
Un ejemplo práctico de un imán permanente El Espectrómetro Magnético
Alpha (AMS-02) es un detector de partículas diseñado para operar como un
módulo externo acoplado a la Estación Espacial Internacional. Esta
ubicación supone un entorno excelente para poder estudiar el Universo y
sus orígenes y permite realizar la búsqueda de antimateria y materia oscura
así como un análisis detallado de la composición y el flujo de los rayos
cósmicos en unas condiciones libres de los efectos de la atmósfera
terrestre.
¿Cómo funciona el Imán Permanente?
El Imán Permanente de AMS está hecho de una mezcla de Neodimio,
Hierro y Boro. El Neodimio pertenece al grupo químico de las tierras raras
(lantánido) aunque es un elemento abundante en la Tierra. De hecho, los
imanes de Neodimio son muy comunes en la vida cotidiana y se utilizan
para gran variedad de aplicaciones: juguetes, discos duros, instrumentos de
resonancia magnética, auriculares,…
El Nd-Fe-B es un material ferromagnético. De manera sencilla, podemos
imaginar que un material ferromagnético está compuesto por gran cantidad
de pequeñas zonas magnetizadas generadas por los momentos magnéticos
debidos al espín de los electrones. Al aplicar un campo externo, los
momentos magnéticos tienden a orientarse en el mismo sentido dando lugar
a un campo magnético macroscópico que permanece cuando se elimina el
campo externo.
Los elementos de las tierras raras tienen la ventaja de que tienden a
magnetizarse a lo largo de una dirección particular de los cristales que
forman y son capaces de resistir magnetizaciones en cualquier otra
dirección. Esta es una propiedad importante a la hora de construir un imán
permanente de grandes dimensiones.

14. Diseño del Imán Superconductor, el tanque de helio y el contenedor de
vacío.
7- ) Analizar la fuerza atractiva y la energía del campo magnético.
Cuando se tiene más de un circuito magnético existe la presencia de una
fuerza resultante del valor de las intensidades de cada campo magnético, es
decir si se tienen dos circuitos magnéticos cada uno presente una intensidad
de corriente, estas intensidades producen una fuerza resultante que puede
ser atractiva o repelente de acuerdo a las intensidades de los campo
magnéticos.
Si las intensidades de los circuitos magnéticos tienen el mismo sentido se
produce un fuerza atractiva entre ellos, pero si las intensidades de los
circuitos tienen sentido contrario se produce una fuerza repulsiva que
empuja a los dos circuitos separándolos.
El siguiente ejercicio demuestra como se verifica si existe una fuerza
atractiva o repulsiva.

15. Si se tienen dos conductores rectilíneos paralelos por los que circulan dos
corrientes eléctricas del mismo sentido I1 e I2. Tal y como muestra la
figura ambos conductores generarán un campo magnético uno sobre el otro,
dando lugar a una fuerza entre ellos.
Para calcular el valor de dicha fuerza en primer lugar se obtiene, según la
ley de Biot y Savart, el campo magnético producido por el conductor 1
sobre el 2, que vendrá dado por la ecuación:
Este campo magnético, ejerce sobre un segmento L del conductor 2 por el
que circula una corriente de intensidad I2, una fuerza cuyo módulo será el
ya calculado en el apartado 2.3 para conductores rectilíneos:
Dado que, tal y como se observa en la imagen, el campo magnético es
perpendicular al conductor, el ángulo formado en este caso será , y
sustituyendo el valor antes calculado para el campo se obtiene:

16. Si ahora calculáramos la fuerza que ejerce el conductor 2 sobre el
conductor 1 llegaríamos exactamente al mismo valor:
Por tanto ambas fuerzas son del mismo módulo y dirección, están
contenidas en el mismo plano y su dirección es perpendicular a ambos
(observa la imagen). El sentido depende de la dirección de la corriente, si
ambas tienen el mismo sentido su producto será siempre positivo y
apuntarán de un cable hacia el otro atrayéndolos, mientras que si tienen
sentidos contrarios, el producto será negativo y se dirigirán hacia afuera,
tendiendo a separar los conductores.
8- ) Formas de reducir las pérdidas totales en núcleos magnéticos.
La finalidad del diseño de cada circuito magnético se basa en que se
obtenga la menor cantidad de pérdida de energía, pero por razonas
naturales de los elementos ferromagneticos y aunado a ello los parámetros
que intervienen el el producto de un campo magnético es inevitable que
siempre exista una pequeña perdida en los núcleos de los circuitos, las
perdidas en los núcleos magnéticos vienen dada por:
• Pérdidas en el Cobre:
Las pérdidas en el cobre son debidas a la resistencia óhmica presentada por
el alambre, estas pérdidas se incrementan cuando la aumentamos la
corriente que pasa por el alambre.
Si utilizamos para la bobina un cobre de calibre más grueso estaremos
disminuyendo la resistencia interna de la bobina a su vez disminuye la
perdida por la poca resistividad del cobre utilizando calibres más gruesos.

17. • Pérdidas en el Núcleo a causa de la histéresis magnética: esta
pérdida se manifiesta en calor, para disminuirla se implementan
núcleos de materiales especiales que puedan disipar el calor.
Pérdidas por corrientes parásitas
• Las corrientes de Foucault o corrientes parásitas
En los núcleos de bobinas y transformadores se generan tensiones
inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a que se someten
aquellos núcleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan
corrientes parásitas en el núcleo, que no son óptimas para la
buena eficiencia eléctrica de éste.
Esta pérdida disminuye cuando se utiliza un material ferromagnético que
tengan baja conductividad eléctrica como la ferrita ya que entre más
conductivo sea el material hay mayor probabilidad de forma el efecto joule
que es una energía que contrarresta al campo magnético.
• Pérdidas por flujos diversos
Las pérdidas por dispersión se presentan debido al flujo disperso que
origina pérdidas en el núcleo, soportes, depósitos y otras partes de hierro.
Estas pérdidas por dispersión elevan la temperatura de las partes
estructurales del transformador.
La disminuir la temperatura del núcleo se contrarresta este tipo de perdida
ya que disminuye el flujo de dispersión.

18. Conclusión
Cuando hablamos de maquinas eléctricas es imposible despreciar los
circuitos magnéticos ya que estos son la base del principio de su
funcionamiento, la ingeniería eléctrica ha tenido grandes avances en este
tema gracias a rigurosos estudios y experimentos que se han hecho
partiendo de los materiales ferromagneticos, sin suda en la época actual a
donde quiera que vamos nos encontramos con este tipo de circuitos gracias
a su versatilidad y garantía de funcionamientos son implementado
constantemente en el desarrollo de proyectos de gran envergadura como
por ejemplo subestaciones eléctricas, plantas de procesamiento,
generadores de potencia en fin.
Los conocimientos adquiridos mediante el estudio minucioso de los
circuitos magnéticos contribuyen de manera positiva para nuestro
desarrollo personal y profesional debido a que a lo implementado en el
trabajo teórico practico brinda la oportunidad de conocer, detectar,
analizar, los circuitos magnéticos así como también permite tener una base
para futuros diseños de esta clase de circuitos. Hoy en día la alta demanda
del servicio eléctrico obliga a la población a implementar otros medios de
energía alternativos que brinde la estabilidad de un servicio tan importante
como lo es la electricidad, razón por la cual se han implementados muchos
proyectos de maquinas capaces de generar electricidad utilizando cualquier
otra fuente de energía como la mecánica por lo tanto es imprescindible
estudiar los circuitos magnéticos ya que son vitales para desarrollo de todo
proyecto de ingeniería eléctrica, siempre existirá un transformador, una
bobina o cualquier otra máquina inductiva en nuestro día a día.

19. Bibliografía
Circuitos magnéticos, disponible en:
• http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/3000/3
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o.html
• http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/cam
pmagn.htm
• http://www4.frba.utn.edu.ar/html/Electrica/archivos/electrotecnia_1/
apuntes/8_circuitos_magneticos.pdf.
• file:///C:/Documents%20and%20Settings/vicente%20zambrano/Mis
%20documentos/Downloads/Practica%203_El%20circuito%20equiv
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• http://www.monografias.com/trabajos89/perdidas-potencia-
tranformadores-monofasicos/perdidas-potencia-tranformadores-
monofasicos.shtml
• http://es.wikipedia.org/wiki/Saturaci%C3%B3n_(magnetismo)
•
Imanes permanentes, disponibles en:
• http://www.ams02.org/es/%C2%BFque-es-ams/el-detector/el-
iman/el-iman-permanente/
• http://www.monografias.com/trabajos100/motores-imanes-
permanentes/motores-imanes-permanentes.shtml#ixzz33KP3GSXZ
Campo magnético disponible en:
• http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico
• http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/fisica/Tema19b.html
Software para simulaciones de circuitos electrónicos “Proteus”
: