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Bobina

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Inductor o Bobina
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Bobinas.jpg
Diferentes tipos de Bobinas.

Inductor. También llamadas bobinas, consisten en un hilo conductor enrollado. Al pasar una corriente a través de la bobina, alrededor de la misma se crea un campo magnético que tiende a oponerse a los cambios bruscos de la intensidad de la corriente.

Símbolo

El símbolo de una bobina / inductor varia segun el tipo:

Bobinas simbolo general.gif Bobina - Símbolo general.

Bobinas simbolo nucleo variable.gif Bobina de núcleo variable.

Funcionamiento

Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha.
Al estar el inductor hecho de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro del inductor y cierra su camino por su parte exterior. Una característica interesante de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas.

Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de alimentación de corriente continua), esta intentará mantener su condición anterior.

Este caso se da en forma continua, cuando una bobina esta conectada a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se le aplica y la corriente que circula por ella.

Inductancia

La inductancia mide el valor de oposición de la bobina al paso de la corriente y se miden en Henrios (H), pudiendo encontrarse valores de MiliHenrios (mH). El valor depende de:
- El número de espiras que tenga la bobina (a más vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).
- El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).
- La longitud del cable de que está hecha la bobina.
- El tipo de material de que esta hecho el núcleo, si es que lo tiene.

Cálculo de Inductancia

Hay ocasiones en que se tiene una bobina o inductor con núcleo de aire y no conoce su valor (en henrios). Ver definición de unidades comunes. Existe un método para obtener este valor si se tienen las medidas externas de la bobina / inductor.

La fórmula a utilizar es la siguiente:
L(uH)=(0.393a2n2)/(9a+10b)
Donde:
- n: es la cantidad de espiras (vueltas de alambre) del inductor
- a: es el radio del inductor en centímetros
- b: es la longitud del arrollado del inductor en centímetros
Esta fórmula es una buena aproximación para inductores de una longitud mayor o igual a 0.8a. Ver el gráfico anterior.
Ejemplo 1:
Se tiene una bobina o inductor de 32 espiras, 13 vueltas por centímetro y 25 mm de diámetro. Cuál será su inductancia?
- a = 25 mm / 2 = 1.25 centímetros
- b = 32 / 13 = 2.46
- n = 32
Entonces: L = (0.393 x 1.252 x 322) / (9 x 1.25 + 10 x 2.46) = 17.54 uHenrios
Ejemplo 2:
Se desea construir una bobina o inductor que sea de 10 uHenrios (uHenrys), que tenga 2.54 centímetros de diámetro y una longitud de 3.175 centímetros.
Entonces:
- a = 2.54 centímetros / 2 = 2.27 centímetros
- b = 3.175 centímetros
- L = 10 uHenrios
Se despeja de la ecuación original la variable "n" en función de todas las demás.
n = [10 x (9a + 10b) / ( 0.393 x a2)]1/2
y reemplazando los valores.....
n = [10 x (11.43 + 31.75) / 0.393 x 1.613]1/2 = 6801/2 = 26.1 espiras

En el inductor con núcleo de aire se ve que el valor de la inductancia de esta depende de el número de vueltas (espiras), la longitud, el diámetro, el grosor de la espira, etc.
El valor de la inductancia que se puede obtener es limitado cuando el núcleo es de aire.

Para poder incrementar el valor de la inductancia de una bobina se coloca dentro de ella un núcleo metálico de características magnéticas muy especiales, que lo que hacen es reforzar el campo magnético.

El magnetismo del material del núcleo depende de la polarización de "los dominios magnéticos moleculares", cuando el campo magnético que afecta el inductor cambia continuamente.
Estos dominios deben poder cambiar su posición para que el núcleo cumpla su objetivo.

Los dominios magnéticos podrán o no seguir las variaciones del campo magnético dependiendo del material de que está hecho el núcleo. Si esta variación del campo magnético no puede ser seguida el núcleo pierde su razón de ser y lo dominios moleculares se desordenan, quedando el núcleo despolarizado magnéticamente.

El material magnético que se utiliza como núcleo de la bobina depende de la frecuencia a la que trabajará esta.
- Metal sólido: para frecuencias muy bajas.
- Metal laminado: para frecuencias de 10 hertz (Hz) a algunos kilohertz (Khz)
- Núcleos de polvo metálico: para frecuencias arriba de cientos de Kilohertz y hasta varios cientos de Megahertz (Mhz)
- Núcleo de aire: frecuencia superiores a los 500 Megahertz. En este caso el núcleo metálico se vuelve obsoleto.

Bobinas / inductores en serie

En muchas ocasiones es necesario agrupar el valor de varias bobinas o inductores que están conectadas en serie o paralelo.

Se presenta de seguidamente el método a seguir para su simplificación.
El cálculo del inductor o bobina equivalente (LT) de inductores en serie es similar al método de cálculo del equivalente de resistencias en serie, sólo es necesario sumarlas.
En el diagrama que sigue, hay 3 inductores o bobinas en serie.
la fórmula a utilizar es: (sumatoria de los valores de los inductores)
LT = L1 + L2 + L3

Bien para este caso particular. Pero si se quisiera poner más de 2 o 3 inductores, se usaría la siguiente fórmula:
LT = L1 + L2 + L3 +......+ LN
donde N es el número de bobinas colocadas en serie

Bobinas / inductores en paralelo

El cálculo del inductor equivalente de varias bobinas en paralelo es similar al cálculo que se hace cuando se trabaja con capacitores.
El caso que se presenta es para 3 inductores y se calcula con la siguiente fórmula:

1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3
Pero la fórmula se puede generalizar para cualquier número de inductores, con la siguiente fórmula
1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + .... 1/LN
donde N es el número de inductores que se conectan en paralelo.

Aplicaciones de una bobina / inductor

  • En los sistemas de iluminación con lámparas fluorescentes existe un elemento adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro.
  • En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida.
  • En muchos circuitos osciladores se incluye un inductor. Por ejemplo circuitos RLC serie o paralelo.

Fuente