Perdidas de Potencia en el Transformador

Cuando se conecta una bobina de reacción a una red de corriente alterna comprobamos, al cabo de un tiempo más o menos largo, que su núcleo se ha calentado. Este caldeo del núcleo quiere decir que parte de la energía aplicada a la bobina se ha perdido en forma de calor; una de tantas transformaciones. Y estas pérdidas de energía que deben tomarse en consideración se le conoce como perdidas de potencia en el transformador.

Perdidas de Potencia en el Transformador ¿Por qué Sucede?

No hay una razón única, sino dos, que responden a conceptos distintos que representa la perdida de potencia de un transformador:

          a) Pérdidas por histéresis.

          b) Pérdidas por corrientes parasitarias o pérdidas por                            corrientes de Foucault.

Estas pérdidas adicionionales de un transformador reciben el nombre general de pérdidas en el cobre, debidas al efecto Joule, que vienen dadas por la expresión W_ac= R x I²

         R=Resistencia de la Bobina

Es perfectamente lógico que se le ocurra pensar que, al calentarse el hielo de la bobina por efecto Joule, el calor pasará al hierro del núcleo, el cual experimentará también un cierto calentamiento. Si le ha venido este pensamiento ¡CUIDADO!

Debe quedar bien claro que aquí no tiene nada que ver lo que son pérdidas en el cobre con lo que son pérdidas en el hierro. El núcleo se calienta debido a fenómenos nacidos de su misma naturaleza. Digamos, en lenguaje llano, que el hierro se calienta por sí solo. 

Veamos como determinar las perdidas en un transformador:

1. Perdida de potencia por Histéresis

Sabemos, en efecto que al someter un cuerpo a la acción de un campo magnético los magnetones se orientan según las líneas de fuerza del campo. Hay un movimiento de masa que no puede producirse sin consumo de energía. La práctica lo demuestra, ya que imantando y desimantando sucesivamente un trozo de hierro, su temperatura aumenta; la energía consumida para mover los magnetones se transforma en calor.

“Durante el proceso de histéresis observamos que la varilla en intensidad se ha calentado, lo que representa una pérdida de energía”

Pérdidas de potencia en el Cobre

En una bobina de Reacción debemos considerar dos tipos de pérdida de energía: Las pérdidas de hierro y las pérdidas del cobre

Pérdidas de potencia en el Hierro

No es fácil establecer una fórmula concreta para el cálculo de esta energía pérdida, circunstancia de prueba el hecho de haberse presentado varias formas empíricas. Las más utilizadas son las de Steinmetz y, sobre todo, la de Richter, que recomendamos para determinar las pérdidas en el núcleo de un transformador:

W_H: Pérdidas en el transformador por histéresis, en vatios.

E: Coeficiente que depende de la calidad y espesor de la chapa del núcleo

f: Frecuencia de la corriente, en Hz.

B: Inducción máxima en el núcleo, en gauss.

G: Peso del núcleo de hierro en Kg.

“Las corrientes parásitas crean fuerzas que se oponen al movimiento de las masas metálicas.”

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2. Pérdidas de potencia por Corrientes parasitarias o Corrientes de Foucault en un transformador

El origen de estas pérdidas está en la aparición de un f.e.m. inducida en el núcleo, siempre que dicho núcleo se mueva dentro de un campo magnético constante o siempre que un campo magnético variable atraviese el núcleo en cuestión.

Y aunque este f.e.m. de inducción es muy pequeña puede proporcionar elevadas intensidades: basta con que la resistencia del núcleo sea lo suficientemente pequeña para que, de acuerdo con la ley de Ohm, aumente la intensidad(I=V/R) y se originen corrientes parásitas, denominadas de Foucault, con marcada influencia.

Es lo que ocurre con los núcleos magnéticos de dinamos, alternadores, transformadores, etc., con grandes secciones metálicas y en, consecuencia, con muy pocas resistencias.

“Estas corrientes, en núcleos móviles, originan fuerzas que se oponen al movimiento. este roce de fuerzas opuestas es la que origina el calentamiento del núcleo; en definitiva, representa una nueva fuerza que debe vencerse al mover al núcleo. Es Energía perdida.”

En los núcleos de transformadores, los efectos de estas corrientes se oponen a los que se originan la corriente de la bobina (Afectos aprovechables) los que deberían reforzarse para vencer esta oposición. Es como ver, un proceso similar al de las corrientes inducidas.

Quedan explicadas las pérdidas por corrientes de Foucault; pero, así como las pérdidas por histéresis con inevitables y de muy difícil reducción (solo pueden disminuirse utilizando chapa especial, que no siempre es adecuada para la construcción de máquinas), las pérdidas debidas a las corrientes parásitas pueden reducirse considerablemente aplicando un sencillo ardid al construir el núcleo.

Se trata de fraccionar el núcleo en pequeños elementos aislados entre sí. Por eso habrá observado que los inducidos de dínamos y alternadores (núcleo que se mueven en campos magnéticos variables o no) y de electroimanes o transformadores (núcleos atravesados por campos magnéticos variables) se construyen formando empilados entre sí. El aislante puede ser de barniz laca, papel o simplemente óxido que recubre las planchas.

Es por ello que la chapa magnética para empilados, lejos de preservarse de la humedad, se expende naturalmente oxidada, con herrumbre.