Eficiencia De Un Transformador.docx

EFICIENCIA DE UN TRANSFORMADOR Los transformadores de distribución están presentes en todas las instalaciones industriales y comerciales. Ellos permanecen conectados de forma continua y es poca la información que se tiene respecto de sus rendimientos, quizás debido a que es poca la injerencia que tiene el usuario respecto de estos equipos. Un transformador de distribución normal tiene pérdidas debido a varias razones: a) Pérdidas en el devanado primario (I²R). b) Pérdidas en el devanado secundario (I²R). c) Pérdidas de magnetización (función de frecuencia y del hierro del núcleo). d) Pérdidas de origen dieléctrico (por el medio aislante, aceite, por ejemplo). e) Pérdidas de tipo parasitarias (asociadas a corrientes parásitas). La expresión de las pérdidas de un transformador, para una carga x cualquiera será:

Esta expresión muestra que la eficiencia depende de la potencia de la carga que se conecte, su factor de potencia y las pérdidas propias del transformador (de vacío y de plena carga). Esta eficiencia no será constante para todos los grados de carga conectada, y alcanzará su máxima eficiencia en un grado de carga tal que las pérdidas de vacío igualen a las pérdidas de plena carga, según la expresión:

Normalmente, la máxima eficiencia se logra para cargas menores a la potencia nominal del transformador. Como ejemplo, para un transformador de 100 kVA, con pérdidas de vacío del orden de 0,9 kW y pérdidas con carga de 2,5 kW, con una carga conectada de potencia variable, pero de factor de potencia 0,7 inductivo constante, la evaluación de la expresión anterior de eficiencia máxima entrega valores del orden:

Esto significa que el transformador logrará su máxima eficiencia (95,89%) cuando la carga conectada sea de 60% • 100 kVA = 60 kVA @ cos f = 0,7 inductivo. Nótese también que la eficiencia dependerá tanto de la potencia como del factor de potencia de la carga conectada. La gráfica de eficiencia para varios grados de carga se muestra a continuación:

Ahora, supongamos que se tienen dos transformadores, A y B respectivamente, y ambos tienen las mismas pérdidas totales de 2 kW, pero con los siguientes detalles: Transformador A: P vacío = 1 Kw P carga = 1 kW máximo = 98,04% Transformador B: P vacío = 0,3 kW P carga = 1,7 kW máximo = 98,04% Como se observa, ambos tienen la misma eficiencia máxima de 98,04% con factor de potencia unitario, excepto que el transformador A tiene esa eficiencia máxima a un grado de carga plena (x = 1), mientras que en el caso del transformador B, esta eficiencia máxima ocurre a un grado de carga de:

A este grado de carga, el transformador B tiene una eficiencia de 98,59%. La eficiencia máxima del transformador A en este mismo punto de carga será del 97,28%. Entonces, podemos inferir que el transformador A tiene un núcleo de más pérdidas por kg de hierro que

la unidad B a una densidad de flujo dada, pero el transformador B tiene menos cobre en sus devanados que el transformador A, y trabaja a una densidad de corriente de mayor valor.

Estas consideraciones y la estimación del grado de carga del transformador, arrojarán criterios que permitirán saber cuál es la mejor opción, de modo que la elección no pase sólo por el precio de compra, sino que también por los costos de operación de cada equipo en evaluación, que pueden llegar al cabo de algunos meses a ser del orden del precio de compra del transformador.