Los transformadores eléctricos son de vital importancia en los sistemas eléctricos, ya que son los encargados de elevar o reducir la tensión, esto con el fin de ajustarla según las necesidades del sistema eléctrico. Al ser un equipo tan importante es necesario comprender cómo opera un transformador y cuál es su función dentro del sistema eléctrico, en este artículo se pretende hablar sobre su inducción electromagnética, rol de los núcleos y devanados, y la relación de transformación. con el fin de identificar sus principios operativos.
Definición
Un transformador es una máquina estática de corriente alterna, que permite variar en función de la corriente el voltaje. Son equipos vitales para la distribución y transmisión eléctrica. Su funcionamiento se basa en los principios de inducción electromagnética ya que transfiere energía de un lugar a otro sin cambiar la frecuencia y la potencia teórica del transformador, los transformadores ayudan a mejorar la seguridad y la eficiencia de los sistemas de energía.
Función principal dentro del sistema eléctrico
La función principal dentro de los sistemas eléctricos de los transformadores es ajustar la tensión generada por las plantas de energía a un nivel más alto, el cual pueda ser transportado de manera eficiente a través de largas distancias, y posteriormente reducir esta tensión según sean las necesidades de los usuarios finales.
Importancia en la transmisión, distribución y uso final de la energía
Sabemos que la energía se produce en la centrales, ya sean hidroeléctricas, térmicas, solares, nucleares, entre otras, inicialmente la energía necesita ser transportada a largas distancias para llegar a las subestación, este proceso se lo conoce como transmisión eléctrica, los transformadores de potencia son los que se instalan en las subestaciones de transmisión ya que están diseñados para operar a altos niveles de voltaje y potencia y estos son los que se encargan de elevar las tensiones para ser transportada con el fin de generar menos pérdidas.
Por otro lado, el proceso continua cuando la energía llega a los transformadores de distribución, que son los encargados de convertir en niveles más bajos la tensión para que llegue a los usuarios finales como comercios, hogares, entre otros.
Con base a esto se logra identificar el rol tan importante que cumplen los transformadores en todo el proceso de la transmisión y distribución eléctrica, ya que son los encargados de entregar las tensiones adecuadas según sea el uso.
¿Cómo funciona un transformador eléctrico?
Principio de inducción electromagnética
Por medio de la inducción electromagnética es que los transformadores pueden cambiar el nivel de tensión de una corriente alterna sin establecer una conexión directa entre los circuitos.
La inducción electromagnética comienza cuando ocurre un campo magnético dentro de una bobina de alambre, ya que se produce una fuerza electromotriz a través de ella, como el cable es enrollada en una bobina el campo magnético tiende a aumentarse generando a su vez un campo magnético a su alrededor, lo que proporciona una polaridad.
El flujo magnético que se genera es proporcional a la cantidad de corriente que fluye en los devanados, es decir a mayor corriente, mayor será la inducción electromagnética, de igual manera entre mayor sea el número de vueltas de cable dentro de la bobina mayor será la intensidad del campo magnético. la inducción electromagnética se puede dar por inducción mutua que es cuando el campo magnético induce un campo en una bobina cercana y también se puede dar por autoinducción que es el proceso en el cual una corriente variable dentro de una bobina induce un campo electromagnético
Rol del núcleo y los devanados
El rol de los devanados y el núcleo dentro de un transformador es de vital importancia, ya que en el devanado primario se produce un campo magnético al circular la corriente alterna, que como te lo mencione anteriormente la intensidad del campo magnético varía con la frecuencia de la corriente.
Posteriormente el núcleo se encarga de dirigir el campo magnético asegurando que pase por el devanado secundario por medio de la inducción mutua. Los devanados y el núcleo son los que constituyen el circuito interno del transformador y conectan la red eléctrica externa.
Relación de transformación y variación de voltaje
La relación de vueltas es definida como la relación de vueltas del devanado primario y devanado secundario, a esto se le conoce como relación de transformación y determina la magnitud de la tensión inducida en el devanado secundario en relación con la tensión del devanado primario.
La relación de transformación de calcula dividiendo el número de vueltas de la bobina primaria por el número de vueltas en la bobina secundario, es decir si por ejemplo el transformador tiene 1000 vueltas en la bobina primaria y 100 vueltas en la bobina secundaria la relación de transformación es 10:1
Esta sería la relación de transformación ideal, pero se sabe que dentro del proceso de inducción electromagnética se pueden producir pérdidas, algunas de estas son pérdidas en el cobre, pérdidas en el núcleo, pérdidas por aislamiento y refrigeración; lo que ocasionan estas pérdidas es que el voltaje de salida varíe un poco según el cálculo de la relación de transformación ideal.
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¿Para qué sirve un transformador eléctrico?
Elevación y reducción de voltaje
Como te lo mencione anteriormente la principal función de los transformadores es variar el voltaje, en este caso los transformadores pueden ser elevadores, que como su nombre lo dice es donde se eleva la tensión del secundario, o transformadores reductores en donde ocurre lo contrario, la tensión en el secundario se reduce. Ambos tipos de transformadores desempeñan un papel importante dentro del sistema eléctrico, porque como te lo mencione son indispensables tanto para la transmisión eléctrica con los transformadores de potencia como para la distribución eléctrica con los transformadores de distribución.
Por ejemplo, si en tu vivienda necesitas una tensión baja proveniente de una red de distribución lo que requieres es reducir la tensión para su uso final, y en el caso de que tengas un sistema de generación solar lo que necesitas es un transformador elevador para transportar la energía con una menor cantidad de pérdidas.
Protección y seguridad en sistemas eléctricos
Los transformadores eléctricos cumplen un papel fundamental dentro de la seguridad eléctrica, esto juega en torno a su principal funcionamiento que es la regulación de tensión, debido a que se encargan de garantizar que el voltaje se mantenga a un nivel seguro para los equipos y los usuarios finales.
Adicionalmente los transformadores ayudan a proteger los sistemas eléctricos de sobretensiones ya que actúan como amortiguadores lo que impide que las sobretensiones lleguen directamente a los equipos eléctricos, por último, también ayudan a evitar incendios regulando el voltaje.
Optimización de la transmisión y distribución
Como ya lo he mencionado los transformadores son dispositivos fundamentales en las redes eléctricas por su función de adaptar las tensiones a los niveles requeridos, ya que permiten elevar las tensiones para que puedan ser transportadas con menores perdida que es el caso de las redes de transmisión, así como también permite reducir los voltajes para entregarlos a los usuarios finales.
La regulación de voltaje, protección contra equipos y la protección contra personas es lo que garantizan los transformadores tanto en las redes de transmisión como en las redes de distribución.
Aplicaciones industriales, comerciales y residenciales
Con base a lo que se ha expuesto en este artículo, existen diversos tipos de transformadores según tus necesidades, en el caso de los transformadores elevadores son más usados en las redes de transmisión, o en infraestructuras eléctricas industriales donde se requiere una tensión mayor a la que entrega la red de distribución, mientras que en el caso de los transformadores en las redes de distribución son más usados en niveles bajos de tensión, los que se quieren típicamente en infraestructuras eléctricas comerciales y residenciales.
Por ejemplo, en aplicaciones industriales de media tensión se pueden usar transformadores de 1000 kVA, 34.5 kV/4.16 kV, estos transformadores son comúnmente usados en procesos industriales para su distribución interna. Por otro lado, un transformador más pequeño, es decir de 75 kVA, 13.2 kV 480 V/208/120 V es comúnmente usado en comercios pequeños y ya a nivel residencial los transformadores más comunes son de 25 kVA. 240/120 V
Ventajas de utilizar un transformador eléctrico
Los transformadores eléctricos tienen un funcionamiento simple, y a pesar de que existen muchos tipos de transformadores todo se basan en el mismo funcionamiento que es la inducción electromagnética. Por lo mismo los transformadores son usados en todas las infraestructuras eléctricas ya que cuentan con diferentes funciones y sus niveles de tensión pueden ser modificados de una manera eficiente y segura. a su vez ofrecen ciertas ventajas las cuales son.
Alta eficiencia
Los transformadores con alta eficiencia en los sistemas eléctricos cuentan con una gran capacidad de reducir las pérdidas de energía durante el proceso de transformación de voltaje, al ser altamente eficientes no solo reducen las cargas, sino que al mantener una eficiencia constante ayudan a prevenir las sobrecargas en el sistema eléctrico, facilitando la operación continua del servicio eléctrico.
Adaptabilidad a diferentes necesidades
Los transformadores debido a su versatilidad en la regulación de voltaje se adaptan a cualquier sistema eléctrico cumpliendo con las diferentes necesidades de los clientes, los transformadores tienen clasificaciones con base a su capacidad en kVA, capacidad en tensión, tipo de instalación, número de fases, capacidad de enfriamiento, entre otros, por lo que los hace muy adaptables según sean las necesidades de la infraestructura eléctrica y del usuario.
Resumen
En este artículo se habló sobre el transformador eléctrico y su funcionamiento, describiendo la importancia de estos dentro de los sistemas eléctricos, por lo que se pretende que el lector logre identificar sus funciones dentro de las redes de transmisión y distribución, reconociendo el papel vital que ejercen en las redes eléctricas y adicionalmente comprender de manera general su principio de funcionamiento mediante la inducción electromagnética.
Los transformadores eléctricos juegan un papel indispensable dentro de la infraestructura eléctrica. En Daelim Belefic, reconocida como una de las empresas líderes del sector contamos con una amplia gama de transformadores de potencia y distribución, los cuales aseguran un rendimiento continuo y confiable según tus necesidades. En Daelim Belefic contamos con transformadores de hasta 500 MVA y 345 kV usados en infraestructuras eléctricas industriales de gran capacidad, adicionalmente todos nuestros transformadores cuentan con estándares nacionales e internacionales como la IEE, ANSI, IEC, EN, NEMA y CSA y con certificaciones UL, CE y CESI.
