Transformadores de Núcleo Amorfo

Por Mariano Orellana Ureta, Director de Romatech.   -  rmou@romatech.cl

En los últimos años, se ha masificado el uso de la Automatización dentro de la industria manufacturera, pero en muchas ocasiones, los sistemas de automatización han sido implementados en áreas de producción de manera “aislada”, provocando la aparición de “islas”, donde se optimiza el rendimiento parcial, pero no el performance global.

A diferencia de los equipos con hojas de acero silicoso, los transformadores de núcleo amorfo cuentan con menores pérdidas a alta frecuencia (aproximadamente, una décima parte de las producidas con el núcleo de acero), lo que permite que el transformador pueda trabajar en un ambiente con armónicos de Voltaje y reducir las pérdidas del fierro que conlleva el efecto de estos fenómenos. En este escenario, el transformador de núcleo amorfo puede usarse a su plena capacidad, lo que reduce los costos de la inversión y mejora la estabilidad del sistema. En comparación a un transformador convencional, los transformadores de núcleo amorfo ahorran energía tanto en su proceso de fabricación como en su operación, mejorando la huella de carbono. Asimismo, al ser más eficientes, estos transformadores ayudan a reducir las emanaciones de las plantas de generación. Finalmente, si uno de estos equipos se quema, su aleación amorfa es reciclable y puede ser molido para evitar la polución ambiental. El impacto en la huella de carbono y el ahorro económico que representan los transformadores de núcleo amorfo ha llevado a la industria eléctrica a preferir este tipo de equipos, tanto del tipo sumergidos en aceite como secos, siendo adoptados en países como Alemania, Japón y China, entre otros países. ¿Cómo calcular el ahorro de energía y la reducción del C02? El método es simple y basta con comparar un transformador con núcleo de acero siliconado de uso actual con uno equivalente de núcleo amorfo. Las pérdidas sin carga, tanto de un transformador Amorfo o de acero siliconado, son las pérdidas del núcleo del transformador. Esta existe siempre que el transformador esté energizado y con diferentes cargas (incluso cuando no está en operaciones). Las pérdidas con carga son las pérdidas del enrollado del transformador, ya sea enrollado de cobre o aluminio, y son variables dependiendo de la carga del transformador: P = Corriente del enrollado x Corriente del enrollado x Resistencia del enrollado (P=i2r) Cálculo Supongamos que tenemos dos transformadores de 400 kVA, uno Amorfo y otro con acero siliconado, con las mismas características de capacidad, voltaje, pérdidas a plena carga, etc...., pero con diferentes pérdidas sin carga (ver tabla). Las pérdidas sin carga extras del transformador estándar son: 930 W - 200W = 0,730 KW Asumamos un costo de US$ 0,2 por KW: 0,73 KW x US$ 0,2 x 24 horas x 365 días = US$ 1.278. Por lo tanto, tendríamos un ahorro de US$1.278 anual con el transformador amorfo y, considerando la diferencia de precios, el transformador amorfo sería amortizado en 6 años. Después de ese tiempo, se estaría ahorrando US$ 1.278 anualmente. Características de un transformador de núcleo amorfo 1.-Energía consumida en la producción del material base: Se trata de un solo proceso de calentamiento, a diferencia de los núcleos de acero silicoso que son calentados seis veces. 2.-Pérdidas "sin carga": Estos transformadores presentan un ¼ de las pérdidas de los equipos con núcleo de acero silicoso. 3.-Temperatura de operación: Trabajan a menor temperatura (fierro: 15ºC, bobina: 35ºC) y tienen más capacidad de sobrecarga. 4.-Degradación de la aislación: En los transformadores de núcleo amorfo, la aislación se degrada en menor grado. 5.-Vida del trasformador: GE estimó que la vida útil de estos equipamientos alcanza los 30 años. 6.-Resistencia a los armónicos de voltaje: El núcleo amorfo tiene una conducción magnética superior, por lo que en presencia de armónicos, las propiedades del hierro se mantienen inalteradas. En cambio, en la misma situación, el núcleo con hojas de acero causan grandes pérdidas del hierro y ruido. 7.-Beneficios de protección ambiental: El material base se hace con bajo consumo de energía, y el recocido del núcleo amorfo es a 380ºC. En este sentido, es reconocido que la fabricación de hojas de acero silicoso consume mucha energía (el recocido del núcleo silicoso es a 800ºC). 8.-Recuperación de la inversión: La recuperación de la inversión, comparado con un transformador silicoso, es de 3 a 5 años.