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La cuba

Para evitar el efecto perjudicial del aire ambiente sobre el aislamiento de los arrollamientos o bobinas y mejorar las condiciones de refrigeración del transformador, su núcleo y las bobinas montadas sobre él se sumergen dentro de un tanque o cuba de aceite lleno de aceite especial para transformador. Éstos son los transformadores llamados de aceite. Los que no están sumergidos en aceite se llaman transformadores secos.

Los transformadores de grandes dimensiones llevan el conjunto del núcleo y las bobinas sumergidas en aceite, el que a su vez está contenido en un tanque denominado “cuba”.

El aceite actúa como aislante del conjunto sumergido en relación con las paredes de la cuba, a la vez que cumple las funciones de material refrigerante, valiéndose para ello de alguno de los sistemas ya vistos.

La producción de calor que el aceite deberá evacuar proviene de las pérdidas en el cobre de los arrollamientos, por efecto Joule y de las pérdidas en el hierro del núcleo por ciclo de histéresis y corrientes parásitas.

Pérdidas en los Transformadores.

pero esto supone considerar que el rendimiento es del 100 por 100 y que no se «pierde» energía en el proceso. En la práctica hay una pérdida (cambio) inevitable de energía que reduce el rendimiento del 100 por 100.

a) Pérdidas en el cobre: se produce energía calorífica por el paso de corriente eléctrica tanto en el devanado primario como en el secundario. I²R para cada bobina .

b) Pérdidas en el hierro: calentamiento provocado por las corrientes de Foucault  que aparecen en el núcleo debido al cambio constante de magnetización en el hierro mismo.

e) Pérdida de flujo: hay una parte del flujo magnético que no llega a los devanados primario y secundario.

Por tanto, la potencia de salida es algo menor que la potencia de entrada, pero con un diseño adecuado del transformador, se puede llegar a obtener un 90 por 100 de rendimiento.

En un transformador elevador se aumenta la tensión, pero como el producto E x I  permanece constante, la intensidad de la corriente disponible debe disminuir. Por esta razón, no es necesario que el cable utilizado en el devanado secundario de un transformador elevador sea tan grueso como el cable del devanado primario

Al referirnos a la relación entre tensiones y corrientes entre primario y secundario de un transformador, expresamos que , prácticamente , la potencia del primario era igual a la del secundario. Sin embargo, sucede que muchas veces un transformador, ya sea por mala calidad del material empleado en su construcción, o por mala construcción misma, etc., no entrega en su secundario, prácticamente, toda la potencia absorbida por el primario.

Desde luego, que existen transformadores casi perfectos, capaces de producir un rendimiento de hasta un 98 %, especialmente en unidades grandes.

La porción de energía que es absorbida por el primario y no entregada al secundario, es considerada como una pérdida.

El rendimiento de un transformador puede ser expresado en tanto por ciento y, en general, la fórmula es la que sigue:

Las pérdidas en los transformadores pueden dividirse en dos grupos, a saber: a) pérdidas en el cobre; b) pérdidas en el hierro.

Las pérdidas en el cobre son debidas a la resistencia. óhmica presentada por el alambre, pérdidas estas que se incrementan cuanto mayor es la corriente que los atraviesa.

Fig. 5 - Pérdidas de potencia por corrientes de Foucault producidas en un núcleo magnético de una sola pieza .

Las pérdidas en el hierro (núcleo) pueden subdividirse en dos partes: las pérdidas por histéresis magnética y las pérdidas por corrientes de Foucault o corrientes parasitarias. En el primer caso son debidas a que el núcleo del transformador se encuentra ubicado dentro del campo magnético generado por el mismo y, en consecuencia, se imanta. Pero, ocurre que la corriente aplicada al transformador es alternada y, por tanto, invierte constantemente su .polaridad, variando con la misma frecuencia el sentido del campo magnético. Luego, las moléculas del material que forma el núcleo deben invertir en igual forma su sentido de orientación, lo cual requiere energía, que es tomada de la fuente que suministra la alimentación. Esto representa, por tanto, una pérdida.

Hay dos tipos de ciclos de histéresis de un material magnético:
- dinámico: se obtiene con tensión alterna y su área incluye las pérdidas por histéresis y por corrientes inducidas de Foucault, y
- estático: se obtiene con tensión continua variable y su área sólo incluye las pérdidas por histéresis.

Corrientes de Foucault

La inducción electromagnética aparece cuando hay una variación de flujo magnético generado por un imán o por una corriente eléctrica, y se induce una f.e.m. en otro circuito o en un conductor.

La f.e.m. inducida provoca una corriente eléctrica y este efecto se utiliza en generadores, dinamos y transformadores. Sin embargo, también se puede inducir una f.e.m. en cualquier conductor que se encuentre en el campo de acción del flujo magnético, no sólo en las espiras de la bobina del secundario, sino también en el núcleo de hierro mismo del transformador, por ejemplo. Si ocurre esto, se perderá energía en el circuito secundario y, por tanto, se reducirá el rendimiento. En la figura siguiente se muestra una forma sencilla para minimizar el efecto de las corrientes de Foucault en los transformadores, que se generan por la f.e.m. inducida que aparece en el hierro, provocando un calentamiento del núcleo.

Figura -Utilización de un núcleo laminado para minimizar el calentamiento debido a las corrientes de Foucault.

Para limitar las pérdidas por corrientes de Foucault en los transformadores, se suele construir el núcleo con chapas aisladas eléctricamente entre sí, con lo que se limita la posibilidad de circulación de corrientes inducidas al aumentar la resistencia eléctrica que ofrece el núcleo a este tipo de corrientes (sin alterar las propiedades magnéticas).

Haciendo el núcleo de hierro con chapas aisladas en vez de hacerlo de una sola pieza, se mantienen sus propiedades magnéticas, pero se evitan en gran medida las corrientes de Foucault debido a la gran resistencia que existe entre unas chapas y otras. Los núcleos de los transformadores se fabrican con chapas de metal, y el núcleo de una bobina de inducción  debería estar constituido por un conjunto de hilos finos de hierro en vez de ser una única barra.

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