Las pruebas de pérdidas en vacío son fundamentales para entender y mejorar la eficiencia energética de los transformadores. Descubra cómo estos tests revelan información valiosa sobre las pérdidas en el equipo y aprenda cómo maximizar su rendimiento energético.
¿Qué son las pruebas de pérdidas en vacío?
Las pruebas de pérdidas en vacío se realizan en transformadores para medir las pérdidas que ocurren cuando el equipo se alimenta con la tensión y frecuencia nominales en uno de los terminales, mientras que el otro terminal permanece abierto, es decir, sin carga.
Estas pruebas proporcionan información esencial sobre el rendimiento y la eficiencia del transformador en condiciones de sin carga.
Durante el prueba, es posible determinar las pérdidas de energía que ocurren cuando el transformador está en funcionamiento, pero sin carga, y estas pérdidas se conocen como pérdidas en vacío. Estas pérdidas son de gran importancia, ya que proporcionan información relacionada con el núcleo del transformador y su energización.
Composición de las pérdidas en vacío:
Las pérdidas en vacío están compuestas por dos categorías principales: pérdidas en el hierro del núcleo y pérdidas en los devanados del transformador. Estas pérdidas ocurren debido a varios fenómenos físicos, como corrientes de Foucault e histéresis magnética.
1. Pérdidas en el hierro del núcleo:
Las pérdidas en el hierro del núcleo son causadas principalmente por dos fenómenos físicos: histéresis magnética y corrientes de Foucault. Estas pérdidas ocurren debido a la variación del flujo magnético en el núcleo del transformador.
1.1. Histéresis magnética:
Cuando el flujo magnético en el núcleo varía, las partículas magnéticas del material del núcleo experimentan una inversión de magnetización. Este proceso de magnetización y desmagnetización resulta en pérdidas de energía en forma de calor debido a la resistencia del material al cambio de dirección del campo magnético. Las pérdidas por histéresis son proporcionales a la frecuencia de la variación del flujo magnético.
Figura 1: Curva de saturación
Figura 2: Ciclo de histéresis y ciclo de onda de corriente alterna sinusoidal
1.2. Corrientes de Foucault:
Cuando el flujo magnético varía en el núcleo del transformador, se inducen corrientes eléctricas llamadas corrientes de Foucault en los materiales conductores presentes en el núcleo. Estas corrientes circulan en trayectorias cerradas, creando circuitos eléctricos que disipan energía en forma de calor. Las pérdidas por corrientes de Foucault son proporcionales al cuadrado de la frecuencia de la variación del flujo magnético y a la resistencia eléctrica de los materiales conductores del núcleo.
2. Pérdidas en los devanados:
Las pérdidas en los devanados del transformador son causadas principalmente por la resistencia eléctrica de los hilos conductores utilizados en los devanados primario y secundario. Estas pérdidas ocurren cuando hay una corriente circulando por los hilos conductores.
2.1 Resistencia de los hilos:
Los hilos conductores tienen una resistencia eléctrica asociada a ellos. Cuando pasa una corriente a través de los hilos, hay una disipación de energía en forma de calor debido a esta resistencia. Las pérdidas en los devanados son proporcionales al cuadrado de la corriente que circula por los hilos y a la resistencia eléctrica de los mismos.
Además, las pérdidas en los devanados pueden ser influenciadas por corrientes parásitas o corrientes de dispersión que circulan entre los diferentes conductores de los devanados. Estas corrientes parásitas pueden ser causadas por la proximidad física de los hilos conductores o por la geometría del devanado.
Es importante destacar que tanto las pérdidas en el hierro del núcleo como las pérdidas en los devanados contribuyen a las pérdidas totales de un transformador. Durante el prueba de pérdidas en vacío, las pérdidas en el hierro del núcleo se determinan por separado de las pérdidas en los devanados, lo que permite un análisis más preciso de las pérdidas totales y la evaluación de la eficiencia del transformador.
Comportamiento no lineal de la corriente de magnetización
Debido a la saturación que ocurre en el núcleo del transformador, tanto el flujo magnético como la reluctancia varían de manera no lineal. Esto resulta en un comportamiento no puramente sinusoidal de la corriente de magnetización. La relación entre potencia y corriente en vacío, por lo tanto, presenta un carácter no lineal y una relación no perfectamente definida.
Importancia de la tensión nominal y corriente de excitación
Para obtener resultados confiables en las pruebas de pérdidas en vacío, es fundamental elegir el punto de análisis correspondiente a la operación normal del transformador. Por lo tanto, es necesario alimentar el transformador con la tensión nominal en los terminales de baja tensión. Además, al utilizar los terminales de baja tensión, hay una menor exigencia de la fuente de alimentación.
Durante el prueba en vacío, la corriente de prueba es, de hecho, la corriente de excitación del transformador. Esta corriente se mide junto con las pérdidas en vacío y es importante medirla correctamente, considerando su comportamiento no puramente sinusoidal.
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