Guía de espesores de laminación CRGO: 0,23 mm vs 0,27 mm vs 0,30 mm

Si sólo quiere el atajo práctico: 0,23 mm es para exprimir pérdidas y etiquetas, 0,27 mm es el caballo de batalla de todos los días, 0,30 mm es la opción más rentable y fácil de producir. La respuesta correcta para usted suele estar oculta en las cifras de capitalización de pérdidas, la capacidad de la fábrica y la seriedad de su cliente con respecto a la eficacia, no en los nombres comerciales del acero.

Por qué aparecen estos tres grosores en las especificaciones

Los aceros eléctricos modernos de grano orientado se fabrican en un pequeño conjunto de espesores nominales: 0,18, 0,23, 0,27, 0,30 y 0,35 mm en la mayoría de los catálogos. En la práctica, los transformadores de potencia y distribución se conforman con 0,23, 0,27 y 0,30 mm como opciones estándar, que se venden bajo las conocidas calidades M3, M4 y M5.

Ya sabe por qué existen láminas más finas. Las pérdidas por corrientes de Foucault aumentan aproximadamente con el espesor al cuadrado para una densidad de flujo dada, por lo que reducir el espesor de 0,30 mm a 0,23 mm no es un retoque cosmético. Al mismo tiempo, todo el que haya intentado cortar, apilar y sujetar Hi-B de 0,23 mm en una línea cansada sabe que no es un rendimiento gratuito.

Así que la verdadera pregunta no es "cuál es mejor". Es "qué compromiso es menos molesto para este proyecto".

¿Qué cambia realmente cuando se pasa de 0,30 a 0,27 y a 0,23 mm?

Tomemos un conjunto de datos representativo de la GOES. Un proveedor de chapas de grano orientado enumera las pérdidas típicas en el núcleo a 1,7 T y 50 Hz en torno a 0,9 W/kg para M3 0,23 mm, 1,12 W/kg para M4 0,27 mm y 1,3 W/kg para M5 0,30 mm. No son cifras universales, pero dan una idea de lo que son las bobinas "normales" hoy en día.

A partir de esa única tabla ya se puede ver el patrón principal.

Pasar de 0,30 mm a 0,27 mm reduce las pérdidas en aproximadamente un 14% con la misma densidad de flujo. Si se pasa a 0,23 mm, las pérdidas se reducen en un 30% en comparación con 0,30 mm. Esta tendencia se confirma en trabajos académicos que comparan aceros orientados de 0,18, 0,23, 0,27 y 0,30 mm y encuentran diferencias notables en la pérdida del núcleo y la corriente magnetizante incluso dentro de este estrecho rango.

Los estudios basados en elementos finitos y pruebas en prototipos de transformadores cuentan la misma historia, con pérdidas en el núcleo que cambian significativamente al variar el grosor de la laminación y el grado del material entre juegos de 0,23, 0,27, 0,30 y 0,35 mm. Así que las cifras son reales, no optimismo de folleto.

Por supuesto, en el momento en que se reduce el grosor, se paga por otro lado. Más laminaciones para la misma sección transversal neta, más capas de aislamiento, más tiempo de corte, más posibilidades de que las rebabas y las variaciones de grosor creen huecos locales y pérdidas adicionales. Los informes de campo y las notas de proceso de los fabricantes no dejan de quejarse de cómo las pequeñas variaciones de grosor o los ángulos imprecisos ya perjudican las pérdidas y el ruido.

Así que hay un intercambio a tres bandas: pérdida, fabricabilidad y coste.

0,23 vs 0,27 vs 0,30 mm a simple vista

He aquí una comparación compacta que utiliza datos comerciales típicos y lo que la mayoría de las fábricas ven en el taller. Los valores de pérdidas son indicativos, no garantías, pero los ratios son representativos.

Este es el resumen físico. El resto del artículo trata de cuándo estos números cambian realmente tu dibujo.

Cuando 0,23 mm se gana un lugar en su lista de materiales

Normalmente se justifica 0,23 mm cuando una de estas tres cosas es cierta.

En primer lugar, cuando las pérdidas en vacío se monetizan en gran medida. Muchas licitaciones y programas de eficiencia energética ponen precio a cada vatio de pérdida en el núcleo mediante fórmulas de capitalización de pérdidas. Si el factor de capitalización de pérdidas es alto, el valor actual de una reducción del veinte o treinta por ciento de las pérdidas en vacío suele ser mayor que el coste adicional del acero y la transformación. El cálculo no es elegante, pero suele ser decisivo.

En segundo lugar, cuando se busca la compacidad. Las laminaciones más finas permiten tolerar un poco más de densidad de flujo para el mismo objetivo de pérdidas en muchos grados, lo que significa una sección transversal más pequeña para la misma potencia nominal del transformador. Esto encoge el depósito, reduce el volumen de aceite y, a veces, disminuye uno o dos centímetros cada dimensión. Para los transformadores de distribución urbana, las unidades montadas en pedestal o las energías renovables, donde el espacio ocupado es limitado, esto es tangible.

En tercer lugar, cuando se lucha contra los límites de ruido. Varias fábricas ofrecen productos de 0,23 y 0,27 mm refinados mediante tratamientos mecánicos o de ranuras grabadas para reducir la magnetostricción y la pérdida de hierro sin afectar negativamente a otras propiedades. Las series de productos de bajo ruido de 0,23 mm de espesor se comercializan ampliamente para transformadores con estrictas cláusulas de nivel sonoro. Si su presupuesto de ruido ya es ajustado, la combinación de juntas de solapado escalonado, buena sujeción y Hi-B de 0,23 mm es una forma sencilla de comprar margen.

El precio que se paga es el de fábrica. El CRGO más fino es más sensible a los daños por manipulación y a la flexión, y la ventana de proceso para el corte, apilado y recocido se estrecha a medida que el grosor desciende a 0,23 mm o menos. Las notas del sector insisten en que estas láminas no deben doblarse bruscamente, y que incluso una modesta variación de grosor dentro de un escalón de banda da problemas tanto en el apilado como en las pérdidas finales.

Se cambian objetivos de diseño más fáciles por un control de producción más exigente.

Cuando 0,27 mm parece lo más sensato por defecto

Hay una razón por la que tantos fabricantes describen 0,27 mm M4 como el punto de equilibrio entre eficacia y coste. Si nos fijamos en la tabla de pérdidas anterior, 0,27 mm recupera la mayor parte del beneficio de ir más delgado en comparación con 0,30 mm, al tiempo que evita lo peor del dolor de producción que trae 0,23 mm.

En un transformador de distribución típico de 50 ó 60 Hz, el paso de 0,30 a 0,27 mm suele ahorrar entre un diez y un quince por ciento de pérdidas en el núcleo con la misma densidad de flujo. Esto se traduce en un camino más limpio hacia las clases de eficiencia de nivel medio sin un gran cambio en la filosofía de diseño. Rara vez es necesario redibujar toda la ventana del núcleo; basta con aumentar un poco más el flujo o aceptar menores pérdidas con la misma inducción.

En el taller, 0,27 mm sigue comportándose como el acero de siempre. El factor de apilado es ligeramente inferior al de 0,30 mm, pero no drásticamente, y la resistencia a la flexión y la durabilidad de los bordes son más fáciles de controlar que con 0,23 mm. Para las fábricas que dependen de una combinación de apilado automático y manual, ese margen mecánico importa más de lo que parece sobre el papel.

En resumen, si su cliente espera una eficiencia decente pero no extrema y su planta está ajustada en torno a bobinas M4, 0,27 mm suele ser la respuesta menos arriesgada.

Cuando 0,30 mm sigue teniendo sentido

Resulta tentador pensar que 0,30 mm es "viejo" y debería retirarse, pero hay situaciones en las que sigue siendo racional.

En primer lugar, cuando los costes energéticos capitalizados son bajos. Algunas redes industriales o regionales todavía no ponen un precio elevado a cada vatio extra de pérdida en vacío. Si el factor de capitalización de pérdidas es modesto y las tarifas son bajas, el tiempo de amortización de la reducción a 0,27 o 0,23 mm puede superar la comodidad del propietario del activo.

En segundo lugar, cuando su diseño funciona con una densidad de flujo conservadora. Las cifras de pérdidas en el núcleo que aparecen en los catálogos, como 1,3 W/kg a 1,7 T para 0,30 mm, suponen una inducción relativamente alta. Si se trabaja a 1,5 T o menos, y predominan las pérdidas de carga, la importancia relativa de reducir las pérdidas en el núcleo disminuye.

En tercer lugar, en algunas unidades de mayor MVA, el flujo de material y la complejidad del bobinado dominan la economía. Un laminado ligeramente más grueso proporciona un factor de apilamiento algo mayor y es más indulgente con los pequeños errores de montaje. En una fábrica real, con un control de calidad finito, esto puede compensar las puras pérdidas.

Así que 0,30 mm no es sólo para dibujos antiguos. Sigue siendo útil cuando se busca deliberadamente un poco más de pérdida de hierro a cambio de robustez y simplicidad.

Una rápida comprobación con cifras aproximadas

Tomemos un ejemplo muy sencillo para enmarcar órdenes de magnitud. Supongamos que el núcleo de un transformador utiliza unos 400 kg de CRGO. Se trata de un valor aproximado para una unidad de distribución de tamaño medio, pero el método es más importante que el valor nominal exacto.

Utilizando las cifras indicativas anteriores, 0,30 mm M5 a 1,7 T podría dar alrededor de 1,3 W/kg; 0,27 mm M4 podría estar alrededor de 1,12 W/kg; 0,23 mm M3 alrededor de 0,9 W/kg.

A la misma densidad de flujo, eso significa:

El núcleo de 0,30 mm quema aproximadamente 520 W de pérdida de núcleo sin carga. El núcleo de 0,27 mm quema unos 448 W. El núcleo de 0,23 mm quema unos 360 W.

Así, pasar de 0,30 a 0,27 mm ahorra unos 72 W, y pasar de 0,30 a 0,23 mm ahorra unos 160 W.

Un transformador que funciona todo el día, todos los días, consume 8.760 horas de energía en vacío al año. Esas diferencias se traducen en unos 631 kWh y 1.402 kWh de energía ahorrada al año en relación con el diseño de 0,30 mm.

Si el propietario valora la energía en, digamos, 0,10 unidades monetarias por kWh, entonces la opción de 0,27 mm ahorra aproximadamente 63 unidades al año, y la opción de 0,23 mm unas 140 unidades al año. En un horizonte de 10 años, incluso sin descontar, eso se convierte en cientos o más de mil unidades de valor. Las diferencias de precio del acero entre las bobinas de 0,23, 0,27 y 0,30 mm, como se observa en las ofertas comerciales, suelen ser muy inferiores a esa cantidad por transformador.

Los proyectos reales implican más términos: flujo exacto, ciclo de trabajo, pérdidas de carga, límites de temperatura. Aun así, una comprobación muy aproximada como ésta suele confirmar que 0,23 mm parece atractivo allí donde la energía se valora seriamente.

Otras palancas que a veces importan incluso más que el grosor

El grosor no es la única palanca de la que se puede tirar, y a veces no es la primera que se debe mover.

El refinamiento de los dominios y el procesamiento Hi-B pueden reducir significativamente las pérdidas con el mismo grosor rompiendo los dominios magnéticos mediante ranuras mecánicas o patrones grabados. Los productos JGSD de JFE, por ejemplo, utilizan ranuras lineales en láminas de 0,23 y 0,27 mm para reducir las pérdidas de hierro sin perjudicar gravemente la magnetostricción. Fabricantes de Asia y Europa ofrecen variantes similares de "baja pérdida" que pueden acercarle a un objetivo sin cambiar el calibre de laminación.

Los detalles geométricos también siguen sorprendiendo a los diseñadores. Las juntas escalonadas, un mejor control de los ángulos de inglete y unas tolerancias más estrictas en el tamaño del laminado y las rebabas reducen tanto las pérdidas del núcleo como el ruido acústico. Recientes notas de los fabricantes de núcleos señalan que incluso pequeñas desviaciones en el tamaño del laminado o el grosor de las rebabas crean huecos desiguales y aumentan el ruido y las pérdidas.

La variación del grosor del material a lo largo de una banda, los ángulos de corte descuidados y una sujeción deficiente se comen fácilmente la ganancia teórica de pasar de 0,30 a 0,27 mm. Por eso, algunas fábricas invierten primero en mejorar los procesos de desbobinado, corte, recocido de alivio de tensiones y apilado antes de pasar agresivamente a calidades Hi-B de 0,23 mm.

Por eso, antes de cambiar de calibre, conviene preguntarse si la línea actual ofrece realmente el rendimiento que se presupone en las hojas de datos.

Cómo pensar en el grosor por clasificación y aplicación

Cada uno tendrá sus propias reglas generales, pero el modelo que figura a continuación coincide con lo que muchos equipos de diseño acaban utilizando una vez terminadas las hojas de cálculo y las llamadas a los proveedores.

En el caso de los pequeños transformadores de distribución, en los que los límites de pérdidas reglamentarios y las etiquetas energéticas son estrictos, y en los que las unidades permanecen energizadas durante décadas, suelen predominar los 0,23 mm. El coste de la pérdida de núcleo a lo largo de la vida útil es tan importante que incluso una modesta mejora justifica un mayor cuidado del material y del proceso.

Para la gama media, desde unos pocos cientos de kVA hasta unos pocos MVA en redes típicas de 11 o 33 kV, 0,27 mm suele ser el estándar práctico. Permite cumplir la mayoría de los requisitos de las licitaciones y los niveles de eficiencia de tipo BEE o Ecodesign, al tiempo que mantiene el flujo de trabajo de la fábrica cerca de los patrones tradicionales.

En el caso de los grandes transformadores de potencia, los transformadores industriales especiales o los proyectos en mercados donde los precios y la regulación de la energía son menos agresivos, coexisten los 0,27 y los 0,30 mm. Se ven 0,27 mm cuando los clientes piden explícitamente una alta eficiencia, y 0,30 mm cuando los equipos de diseño priorizan los procesos probados, los márgenes mecánicos y el coste por unidad por encima de pequeñas ganancias en pérdida sin carga.

No se trata de un mapa rígido. Es una forma de reducir el tiempo de discusión dentro de su propio equipo.

La cadena de suministro y las limitaciones prácticas que determinan tranquilamente la elección

La disponibilidad del material sigue siendo importante. Los proveedores mundiales almacenan distintas combinaciones de calidades y espesores, y a menudo ofrecen juegos estándar como M3 0,23 mm, M4 0,27 mm y M5 0,30 mm con cantidades mínimas de pedido y anchuras adaptadas a los fabricantes de transformadores. Si su volumen es modesto, es posible que las calidades de 0,23 mm sólo resulten económicas en lotes grandes, mientras que las de 0,27 y 0,30 mm tienen condiciones más flexibles.

Algunos catálogos también destacan diferentes bandas de tolerancia de grosor para la gama de 0,23-0,27 mm en comparación con la de 0,30-0,35 mm. No se trata sólo de una línea de calidad sobre el papel. Un control más estricto del grosor influye directamente en el comportamiento del apilamiento y en las pérdidas finales del núcleo.

Por último, el utillaje existente puede limitarle sutilmente. Las líneas de corte a medida, los utillajes de solapado escalonado y los hornos de recocido se dimensionaban a menudo en torno a un rango concreto de anchuras y espesores. Deslizarse de 0,30 a 0,27 mm suele ser seguro. Saltar a 0,23 mm a veces deja al descubierto puntos débiles en el aplanado, el corte y el apilado que antes no eran evidentes.

Por tanto, si está redactando un pliego de condiciones para varios proveedores, merece la pena hablar con ellos con franqueza sobre qué espesores pueden procesar realmente bien en el volumen que usted necesita, no sólo lo que aparece en el folleto.

Póngalo a punto para su próxima revisión de diseño

Al margen del marketing, la elección entre laminados CRGO de 0,23, 0,27 y 0,30 mm se basa principalmente en los flujos de caja, la estabilidad del proceso y el riesgo.

Cuando el cliente paga por cada vatio ahorrado y usted confía en su control de fábrica, 0,23 mm tiene mucho sentido. Reduce sustancialmente las pérdidas en el núcleo, reduce el ruido y la huella y se ajusta a las expectativas modernas de alta eficiencia.

Cuando se desea una buena eficacia sin complicarse la vida en el taller, 0,27 mm es un punto central muy seguro. Muchas empresas de servicios públicos y fabricantes de equipos originales lo estandarizan discretamente precisamente por ese motivo.

Cuando su prioridad es una fabricación predecible, un funcionamiento conservador y un coste inicial mínimo en un entorno normativo indulgente, 0,30 mm sigue teniendo un lugar válido.

Elija el grosor de laminado que se adapte no sólo a su diseño magnético, sino también a sus procesos, proveedores y horizonte temporal del cliente. El acero en sí es solo la mitad de la historia; la forma de cortarlo, apilarlo y sujetarlo decide si el beneficio teórico sale alguna vez de la hoja de datos.