Las pérdidas en el núcleo, también conocidas como pérdidas en el hierro, ocurren en un transformador debido a las características inherentes del material del núcleo magnético utilizado en su construcción. Estas pérdidas se pueden clasificar en dos tipos principales: pérdidas por histéresis y pérdidas por corrientes parásitas.
- Pérdidas por histéresis:
- Histéresis magnética: Cuando el campo magnético en el núcleo del transformador se somete a corriente alterna (CA), los dominios magnéticos dentro del material del núcleo sufren cambios cíclicos. El fenómeno de la histéresis se produce cuando los dominios magnéticos se realinean constantemente con la dirección cambiante del campo magnético.
- Disipación de energía: La inversión continua de la magnetización provoca pérdidas de energía en forma de calor. Esta disipación de energía, conocida como pérdida por histéresis, es directamente proporcional al área del bucle de histéresis, que representa la energía perdida durante cada ciclo.
- Pérdidas por corrientes de Foucault:
- Corrientes de Foucault: A medida que el flujo magnético cambia dentro del núcleo del transformador, las corrientes inducidas circulan dentro del material del núcleo debido a la ley de inducción electromagnética de Faraday. Estas corrientes circulantes, conocidas como corrientes parásitas, crean campos magnéticos localizados dentro del núcleo.
- Resistencia y calentamiento: las corrientes parásitas encuentran resistencia en el material del núcleo, lo que provoca un calentamiento resistivo. Esta resistencia es causada principalmente por la conductividad finita del material del núcleo. La pérdida de energía debido a las corrientes parásitas es proporcional al cuadrado de la magnitud de la corriente y está influenciada por factores como el grosor del núcleo y la frecuencia de la CA aplicada.
Estas pérdidas en el núcleo contribuyen a la ineficiencia general del transformador al convertir una parte de la energía eléctrica en calor. Si bien es inevitable cierto nivel de pérdida en el núcleo, los diseñadores de transformadores intentan minimizar estas pérdidas para mejorar la eficiencia del transformador. Se emplean varias estrategias para mitigar las pérdidas principales:
- Selección del material del núcleo: elegir un material de núcleo magnético con menor histéresis y pérdidas por corrientes parásitas ayuda a minimizar las pérdidas generales del núcleo. Las aleaciones de acero al silicio se utilizan comúnmente para los núcleos de transformadores debido a sus favorables propiedades magnéticas.
- Laminaciones del núcleo: El núcleo del transformador a menudo se construye utilizando laminaciones del material elegido. Las laminaciones ayudan a reducir las pérdidas por corrientes parásitas al interrumpir los caminos continuos de las corrientes circulantes.
- Funcionamiento a frecuencias más bajas: Reducir la frecuencia del suministro de CA reduce las pérdidas por corrientes parásitas. Esta es una de las razones por las que los transformadores son más eficientes en frecuencias más bajas, como las que se encuentran en los sistemas de distribución de energía.
- Enfriamiento del núcleo: la implementación de mecanismos de enfriamiento, como el enfriamiento por aceite o el enfriamiento por aire forzado, ayuda a disipar el calor generado por las pérdidas del núcleo y evita el sobrecalentamiento del transformador.
En resumen, las pérdidas en el núcleo de los transformadores son una consecuencia inherente de las propiedades magnéticas del material del núcleo y la naturaleza alterna de la corriente aplicada. Minimizar estas pérdidas es crucial para optimizar la eficiencia y el rendimiento de los transformadores en diversas aplicaciones.
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