Transformador de núcleo frente a transformador de carcasa: ¿Cuál es la mejor opción?

¿Se ha preguntado alguna vez cómo funciona un transformador? Estos aparatos tan útiles están por todas partes, ayudando a llevar la electricidad a nuestras casas y ciudades. Pero no todos los transformadores son iguales. Los dos tipos principales son el transformador de núcleo y el transformador de carcasa. La mayor diferencia entre los transformadores de núcleo y los de carcasa es la forma en que están construidos. Conocer esta diferencia es muy importante para elegir el transformador adecuado para cualquier tarea. Este artículo se lo explicará de forma sencilla. Le mostraremos todo lo que necesita saber sobre la elección del tipo de núcleo frente al tipo de carcasa. Aprenderá cómo se ensamblan, para qué se utilizan y cómo elegir el que mejor se adapte a sus necesidades.

¿Qué es un transformador y por qué existen diferentes tipos?

Un transformador es un equipo que cambia el nivel de tensión de la electricidad. Puede hacer que la tensión suba o baje. Esto es muy importante para nuestros sistemas eléctricos. Las centrales eléctricas producen electricidad a un voltaje muy alto. Un transformador hace que ese voltaje sea aún mayor para que pueda recorrer una gran distancia. Después, otros transformadores de distribución bajan el voltaje antes de que llegue a tu casa. Esto hace que la electricidad sea segura para ti.

Hay muchos tipos de transformadores, pero los más conocidos son los de núcleo y los de carcasa. ¿Por qué hay dos tipos principales? Porque los distintos trabajos requieren distintos tipos de herramientas. Un transformador utilizado en una central eléctrica gigante tiene requisitos diferentes que un transformador de un pequeño taller. La forma en que están diseñados el núcleo y el bobinado hace que cada tipo de transformador sea útil para trabajos específicos. La decisión entre un transformador de núcleo y uno de bobina se basa en factores como la potencia nominal (kva), el nivel de tensión, el precio y el tamaño físico.

¿Cómo se monta un transformador con núcleo?

Un transformador de núcleo es muy sencillo de construir. Imagínese un rectángulo. El núcleo está hecho de chapas de acero especiales. Tiene dos partes verticales llamadas extremidades. También tiene dos partes planas en la parte superior e inferior, que se llaman yugos. Este núcleo crea un único camino para el circuito magnético. La idea principal que hay que recordar sobre un transformador de núcleo es que los devanados rodean el núcleo. Esta es una parte especial de este tipo de transformador.

En un transformador de núcleo, el bobinado se coloca alrededor de los dos miembros. La mayoría de las veces, el devanado de baja tensión se coloca primero, justo al lado del núcleo. Después, el devanado de alta tensión se coloca alrededor del de baja tensión. Esto se hace para mantener la electricidad separada de forma segura. Es más fácil separar el bobinado de alta tensión del de baja tensión. Esto es más fácil que separarlo del núcleo de hierro. Este tipo de diseño de transformador se ve mucho en muchos transformadores de potencia. Los transformadores con núcleo ofrecen una forma sencilla y buena de controlar el flujo magnético.

¿Qué es un transformador de carcasa y en qué se diferencia?

Ahora podemos analizar el transformador de carcasa. Si un transformador de núcleo tiene el devanado en el exterior, un transformador de carcasa es todo lo contrario. En este tipo de diseño, el núcleo rodea el bobinado. El núcleo tipo concha tiene tres extremidades. Está formado por un miembro central y dos miembros en el exterior. Es casi como si el núcleo fuera una cáscara dura que protege las partes importantes del interior. Esta es la principal diferencia entre los transformadores de núcleo y los de carcasa.

En un transformador tipo cáscara, tanto el devanado principal como el segundo devanado se colocan en el limbo central. Los devanados se colocan uno encima del otro en este miembro central. El núcleo magnético ofrece al flujo magnético dos trayectorias por las que desplazarse. El flujo procedente de la bobina central se divide en dos. A continuación, fluye a través de los dos miembros en el exterior. Este diseño proporciona un magnífico soporte al devanado y ayuda a mantenerlo seguro. Los transformadores tipo concha son los preferidos para muchos trabajos de baja tensión debido a este diseño tan resistente.

Tipo de núcleo frente a tipo de carcasa: ¿Dónde se coloca el bobinado?

La mayor diferencia entre un transformador de núcleo y uno de carcasa es la ubicación del devanado. Todo depende de lo que haya dentro y lo que haya fuera.

• Transformador de núcleo: En este transformador, los devanados se enrollan alrededor del núcleo. Piense en ponerse un reloj en la muñeca. Su muñeca es como el núcleo y el reloj es como el bobinado. El bobinado de baja tensión se coloca primero, justo al lado del núcleo. A continuación, se coloca el devanado de alta tensión. Así, las bobinas colocadas en las extremidades van alrededor del núcleo.
• Transformador de carcasa: En un transformador de carcasa, el núcleo rodea el bobinado. Piense en meter comida en una fiambrera. La comida es como el bobinado y la caja es como el núcleo. Tanto el bobinado de baja tensión como el de alta tensión se colocan en la extremidad central del núcleo. El núcleo de hierro forma una envoltura alrededor de la bobina.

Esta diferencia básica en la forma de construirlos cambia todo lo demás del transformador, desde su tamaño hasta su funcionamiento. Los devanados primario y secundario se configuran de forma diferente en cada tipo de transformador. Esto da lugar a resultados diferentes en su rendimiento. Un fabricante de transformadores elegirá el diseño en función de las necesidades del usuario.

¿Qué transformador tiene un circuito magnético más eficaz?

El circuito magnético es el camino que toma el flujo magnético cuando se desplaza por el interior del transformador. El diseño de este camino es muy importante para que el transformador funcione bien. En un transformador de núcleo, el flujo magnético sólo tiene un camino. El flujo se mueve a través de los miembros y yugos en un gran bucle. Este diseño a veces puede crear una pequeña cantidad de flujo de fuga. Esto es como energía que se desperdicia.

Un transformador tipo concha tiene un circuito magnético más eficaz. Como los devanados están situados en el limbo central, el flujo magnético fluye hacia el exterior y tiene dos caminos para volver por los limbos exteriores. Esto hace que el flujo tenga un camino magnético más corto. Un camino más corto significa que se necesita menos energía para crear el campo magnético. Esto significa que el transformador tipo cáscara a menudo necesita menos corriente magnetizante y puede tener una mayor eficiencia. El diseño del transformador en el que el flujo magnético tiene dos trayectorias es una gran ventaja para el transformador tipo carcasa.

Para alta tensión, ¿es mejor un transformador con núcleo o con carcasa?

Cuando se trabaja con alta tensión, un tipo de transformador suele ser el ganador. El transformador de núcleo suele ser más adecuado para trabajos con alta tensión. Esto se debe a que es más fácil aislar los devanados. Como el devanado de baja tensión se coloca junto al núcleo y el de alta tensión lo envuelve, hay mucho espacio para añadir materiales por seguridad. Esto los convierte en una opción segura y fiable para trabajos de alta tensión, como en grandes transformadores de potencia y transformadores de distribución.

Por otro lado, el transformador tipo cáscara se utiliza a menudo para aplicaciones de baja tensión. Los devanados están muy juntos en el limbo central. Esto hace más difícil añadir el aislamiento especial necesario para niveles de tensión muy altos. Pero, este diseño de bobinado apretado es perfecto para necesidades con menor tensión y mayor corriente eléctrica. Por lo tanto, si trabaja con grandes sistemas de potencia y alta tensión, un transformador de núcleo es probablemente la mejor opción. Para necesidades de baja tensión, un transformador de carcasa es una gran elección.

¿Cómo afecta la forma del núcleo a la refrigeración y la reparación?

La forma en que está construido un transformador también cambia la facilidad con que se mantiene frío y se repara. Un transformador se calienta cuando funciona. Necesita enfriarse para no dañarse. En un transformador de núcleo, los devanados están en el exterior. Esto significa que están en contacto con el aire o con un aceite refrigerante especial. Esto facilita la salida del calor. El calor puede salir del bobinado e ir directamente al aire. También simplifica la comprobación y reparación del bobinado en caso de problema.

En un transformador de carcasa, el bobinado se encuentra dentro del núcleo. El núcleo funciona como una manta, lo que puede dificultar un poco el enfriamiento del bobinado. La refrigeración natural no funciona tan bien. Pero el propio núcleo puede enfriarse sin problemas. Cuando llega el momento de las reparaciones, un transformador tipo carcasa puede ser más difícil de trabajar. Para llegar al bobinado, primero hay que desmontar el núcleo. Esto hace que la reparación sea más complicada y costosa. Este es un punto importante en el que pensar a la hora de elegir el transformador adecuado.

¿Qué pasa con la resistencia y el soporte de la bobina?

Tener una buena resistencia mecánica es muy importante, sobre todo para un gran transformador. Cuando el transformador está en funcionamiento, los devanados sufren fuertes fuerzas electromagnéticas. Estas fuerzas pueden hacer que el bobinado se desplace o se dañe. El transformador tipo carcasa tiene una gran ventaja en este aspecto. El núcleo rodea el devanado, proporcionándole un buen soporte. Los devanados situados entre las dos mitades del núcleo se mantienen en su sitio. Esto confiere al diseño tipo concha una gran resistencia mecánica, lo que los hace adecuados para trabajos pesados y aplicaciones de alta potencia.

El transformador de núcleo ofrece menos soporte natural para su bobinado. La bobina está en el exterior, por lo que necesita piezas adicionales para mantenerla estable y evitar que se mueva cuando está bajo presión. Esto se puede hacer bien, pero el diseño tipo concha es naturalmente más fuerte. El yugo y las extremidades del núcleo de la carcasa crean una caja fuerte y segura para la bobina. Este soporte mecánico adicional es una de las principales razones por las que los transformadores tipo carcasa se utilizan en condiciones de trabajo duras.

Un cuadro sencillo: Diferencia entre transformador con núcleo y con carcasa

A veces, un gráfico puede explicar las cosas mejor que muchas palabras. He aquí un sencillo gráfico que señala las principales diferencias entre los transformadores de núcleo y los de carcasa.

Este gráfico le ofrece una forma rápida de ver la diferencia entre el tipo de núcleo y el tipo de envolvente. Puede utilizarlo para recordar los detalles importantes de cada transformador.

¿Cómo elegir el transformador adecuado?

Entonces, ¿cómo tomar la decisión final? Elegir el transformador adecuado depende de sus necesidades. No existe un transformador que sea "el mejor" para todas las situaciones. Tanto los transformadores de núcleo como los de carcasa son diseños maravillosos. Se utilizan en transformadores de distribución y potencia en todo el mundo. La elección correcta depende del trabajo que necesite que realice el transformador.

Piense en estas preguntas:

• ¿Cuál es el nivel de tensión? Para tensiones muy altas, un transformador de núcleo suele ser la opción más segura e inteligente. Para baja tensión y alta corriente, un transformador de carcasa suele funcionar mejor y puede ofrecer una mayor eficiencia.
• ¿Cuánta potencia (kVA) necesita? Los diseños tipo concha se utilizan con frecuencia para potencias en kVA muy elevadas en sistemas con baja tensión.
• ¿Qué importancia tiene la resistencia física? Si el transformador va a estar en un lugar con muchas vibraciones o con posibilidad de problemas de cortocircuito, el diseño de carcasa resistente podría ser una mejor idea.
• ¿Cuáles son sus planes de refrigeración y mantenimiento? Si necesita facilidad para hacer reparaciones y quiere una buena refrigeración natural, el transformador de tipo núcleo es una gran elección.

Si encuentra las respuestas a estas preguntas, podrá trabajar con un experto en transformadores para conseguir el transformador perfecto para sus necesidades de distribución de energía. Ambos tipos de transformadores desempeñan un papel muy importante en nuestro mundo actual.

Cosas para recordar

He aquí un breve repaso de las ideas más importantes sobre el transformador de núcleo frente al de envolvente:

• La mayor diferencia radica en cómo están construidos: En un transformador de núcleo, el bobinado se coloca alrededor del núcleo. En un transformador de carcasa, el núcleo se coloca alrededor del bobinado.
• Los transformadores con núcleo suelen ser una mejor opción para trabajos de alta tensión y menos kVA porque son más sencillos de aislar.
• Los transformadores de carcasa son excelentes para trabajos de baja tensión y mayor kVA y tienen una mayor resistencia mecánica.
• El diseño tipo concha suele tener un circuito magnético más eficaz, lo que puede dar lugar a una mayor eficiencia y menos pérdidas de energía.
• El transformador de núcleo suele ser más fácil de enfriar y reparar porque sus devanados están en el exterior.
• La elección entre uno y otro se basa por completo en el trabajo exacto que debe realizar el transformador, incluidos el voltaje, la potencia y las condiciones en las que trabajará.