Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Laminado CRGO Es simplemente la práctica de cortar, recubrir y apilar acero eléctrico de grano orientado para que el núcleo de un transformador mueva el flujo en una dirección preferida con el menor desperdicio de energía que su presupuesto, herramientas y cadena de suministro permitan de manera realista.
El acero laminado en frío con grano orientado (CRGO) es simplemente acero eléctrico cuyos granos están alineados a lo largo de la dirección de laminación, y una «laminación CRGO» es una pieza de ese acero, perforada o cortada con láser, aislada individualmente y luego apilada en un núcleo para que el flujo siga principalmente esa dirección de laminación. Eso es todo lo que significa la frase en principio: material orientado más geometría más proceso, trabajando juntos para mantener bajas las pérdidas del núcleo y la corriente magnetizante en los transformadores de potencia y distribución.
Por supuesto, la realidad es más complicada que esa simple frase.
Cuando veas una pila ordenada de placas E, I, C o step-lap en una tienda de transformadores, ese CRGO ya habrá pasado por varios filtros: procesamiento en fábrica, corte longitudinal, corte transversal, aislamiento y, finalmente, montaje. Cada uno de esos pasos puede respetar la orientación del grano o destruir silenciosamente su ventaja.
Las fábricas suministran CRGO en bobinas con un espesor, grado y recubrimiento específicos. Los espesores habituales son de alrededor de 0,23 mm, 0,27 mm y 0,30 mm, cada uno vinculado a un objetivo de pérdida de 1,5 o 1,7 T y 50 Hz. Las bobinas se cortan en tiras estrechas y luego se convierten en laminaciones mediante estampado o corte por láser, seguido de una combinación de recocido para aliviar tensiones y apilamiento.
En los planos y las fichas técnicas parece sencillo: «CRGO M4, 0,27 mm, tipo de recubrimiento X, W/kg máx. a 1,7 T». En el taller, es una lucha contra la altura de las rebabas, la desalineación, los daños en el recubrimiento y las personas que piensan que está bien doblar las laminaciones como si fueran acero dulce. La laminación CRGO no tiene tanto que ver con el acrónimo como con la cantidad de textura cuidadosamente producida por la fábrica que realmente sobrevive a su proceso.
Si ya conoce la teoría oficial, sabrá que en CRGO los granos están orientados de manera que el flujo prefiere la dirección de laminación. Las hojas de especificaciones muestran los valores de pérdida en el núcleo para tiras Epstein planas, cortadas perfectamente en esa dirección. Por ejemplo, un acero orientado típico de tipo M4 de alrededor de 0,27 mm de espesor puede especificarse con una pérdida de núcleo cercana o inferior a aproximadamente 1,2-1,3 W/kg a 1,7 T, 50 Hz. Los aceros de alta calidad y de tipo Hi-B acercan esas cifras a 0,7-0,9 W/kg, dependiendo del espesor.
Una vez que se cortan las laminaciones y se construye un núcleo trifásico real, el flujo no se mantiene cortésmente a 0°. Se dobla en las esquinas, entra en las juntas de forma oblicua y atraviesa regiones en las que el acero está efectivamente fuera de ángulo con respecto a la dirección de laminación. Los datos Hi-B de Nippon Steel, por ejemplo, muestran cómo los diferentes patrones de unión producen diferencias medibles en la pérdida local y total del núcleo, incluso con el mismo material.
Por lo tanto, la verdadera función de la laminación CRGO no es solo «acero de baja pérdida». Se trata de disponer las placas, las juntas y los espacios de manera que la trayectoria del flujo recorra la mayor parte posible de su recorrido en la dirección preferida, con una densidad de flujo que el grado pueda soportar sin aumentos bruscos de pérdida o ruido.
El lado de la laminadora está prácticamente fijado: laminación primaria, descarburación, recristalización primaria y luego recristalización secundaria para hacer crecer los grandes granos orientados Goss, seguido de recubrimiento y laminación de templado. Ahí es donde nace la parte «de grano orientado».
En el lado de la laminación, las etapas importantes son más estrechas y brutales:
La tira se corta. Si se estampa, las herramientas introducen tensión mecánica y rebabas a lo largo del borde cortado; si se utiliza el corte por láser, se cambia la deformación mecánica por el impacto térmico y la posible oxidación de los bordes. El artículo de Banmore Manufacturing analiza este tema, pero desde un punto de vista comercial; en la práctica, la elección del método de corte es una cuestión de equilibrio entre la velocidad, el coste, la calidad de los bordes y cuánto se está dispuesto a pagar por el recocido posterior al corte.
Cada laminación está recubierta. Los recubrimientos son capas finas inorgánicas o híbridas diseñadas para mantener las laminaciones aisladas eléctricamente entre sí, controlar la resistencia interlaminar y proporcionar cierta fricción de adherencia durante el apilamiento. Si se eliminan o se rayan demasiado, las corrientes parásitas fluyen libremente a través de la pila; si se dejan desiguales, se producen zonas calientes y un factor de laminación impredecible.
Por último, las laminaciones se apilan en un núcleo: solapadas, en inglete, a tope, enrolladas, apiladas y, en ocasiones, recocidas de nuevo. Cada paso conserva la microestructura del laminado o le aplica una tensión adicional y una desorientación local. Las guías de fabricación suelen enumerar siete u ocho pasos claros; la versión real es un ciclo de corte, comprobación, reelaboración y ajuste de los patrones de apilamiento hasta que la prueba de pérdida del núcleo ensamblado da el resultado prometido.
Cuando los diseñadores dicen «utiliza laminados CRGO», en realidad están ajustando varios controles independientes. Simplemente se da la circunstancia de que todos ellos se resumen en una sola frase.
El primer factor a tener en cuenta es el grado y el espesor. En muchos transformadores de distribución de tipo seco y llenos de aceite, se utilizan grados de acero al silicio de grano orientado alrededor de M3 o M4 con un espesor de entre 0,23 y 0,30 mm. Los calibres más finos reducen las corrientes parásitas y las pérdidas, pero aumentan el esfuerzo de manipulación del material, el coste y el número de laminaciones en cada pila. Para transformadores de potencia de alta gama o diseños compactos, los grados de tipo Hi-B ofrecen menores pérdidas con la misma densidad de flujo, pero son más sensibles al corte y a la tensión. La elección entre CRGO «normal» y Hi-B no es una discusión filosófica, sino que suele ser una hoja de cálculo en la que se compara el coste de las pérdidas sin carga con el coste adicional del acero y el procesamiento a lo largo de la vida útil del transformador.
El segundo mando es el patrón de unión y corte. Los artículos sobre los tipos de laminación CRGO hablan de cortes a inglete, cortes en diamante, disposiciones escalonadas y varios patrones de muescas utilizados para alinear las ramas y los yugos. Desde el punto de vista de la ingeniería, esto se reduce a la suavidad con la que se cambia la dirección del flujo en las uniones y la frecuencia con la que se fuerza al flujo a pasar por 90° o cerca de ello. Los núcleos escalonados con juntas a inglete distribuyen la vuelta del flujo, mantienen más bajos los picos de densidad de flujo locales y suelen ofrecer una mejor pérdida sin carga y un menor ruido que las juntas a tope más simples, a costa de un corte y apilamiento más complejos.
El tercer factor es el recubrimiento y el factor de laminación. Incluso un acero con muy baja pérdida en el núcleo no ofrecerá el rendimiento nominal si el factor de laminación es deficiente. El espesor del recubrimiento, la consistencia, la calidad del curado y la cantidad de daños mecánicos durante la manipulación influyen en ese número. Las hojas de datos de fábrica proporcionan valores del factor de laminación en torno a 90%; los núcleos ensamblados rara vez alcanzan esos valores ideales, especialmente si el corte y el apilamiento no se controlan estrictamente.
El cuarto factor es el control de la tensión. Cada golpe, sujeción y doblado introduce tensión residual; las propiedades magnéticas del CRGO son extremadamente sensibles a ello. Por eso algunos fabricantes hacen hincapié en un recocido final para aliviar la tensión del núcleo ensamblado, especialmente en diseños de alto voltaje o alto flujo. Si se omite ese paso, se está pagando el precio de un producto de alta calidad por algo que se comporta más bien como un producto de calidad normal.
En muchos blogs, la comparación con CRNO o metal amorfo se aborda en términos vagos. Ya conoces la historia básica: acero al silicio de grano orientado para núcleos de transformadores, no orientado para máquinas rotativas, amorfo para pérdidas muy bajas. La visión más útil es alinear lo que esto significa numéricamente para las laminaciones.
Según datos recientes sobre transformadores de tipo seco, los rangos típicos de pérdida en el núcleo a 1,5 T y 50 Hz son aproximadamente los siguientes: CRGO (grado M3) alrededor de 1,0-1,3 W/kg, CRGO Hi-B alrededor de 0,7-0,9 W/kg, metal amorfo alrededor de 0,2-0,3 W/kg y CRNGO alrededor de 2,0-2,5 W/kg. Al mismo tiempo, los núcleos amorfos utilizan cintas muy finas, normalmente de unos 0,025 mm de grosor, lo que supone aproximadamente una décima parte del grosor habitual de las láminas de acero al silicio. El grosor de las láminas CRGO suele oscilar entre 0,23 y 0,30 mm, con tablas de grados específicos que vinculan cada grosor a un par de valores de pérdida a 1,5 y 1,7 T.
Al reunir estas ideas, se obtiene una comparación más orientada a la laminación:
| Material del núcleo (típico) | Espesor aproximado de la laminación/cinta | Pérdida típica del núcleo a 1,5 T, 50 Hz (W/kg) | Función habitual en equipos eléctricos | Comentarios sobre el laminado |
|---|---|---|---|---|
| CRGO, acero al silicio orientado tipo M3 | Lámina de 0,23-0,27 mm | Aproximadamente 1,0-1,3 | Distribución estándar y muchos transformadores de potencia. | Equilibrio entre coste, procesabilidad y pérdidas; tolera un estrés moderado durante la fabricación si las juntas y los recubrimientos se controlan adecuadamente. |
| CRGO, Hi-B o grados premium | Lámina de 0,23-0,27 mm | Aproximadamente 0,7-0,9 | Núcleos de alta eficiencia o alto voltaje | Requiere un corte cuidadoso, una altura de rebaba baja y, a menudo, un recocido para aliviar tensiones a fin de mantener las cifras de pérdida prometidas. |
| CRNGO (acero al silicio no orientado) | Lámina de 0,35-0,50 mm | Aproximadamente 2,0-2,5 | Máquinas rotativas, transformadores pequeños | La pérdida es mayor, pero las propiedades son más uniformes en todas las direcciones, lo que resulta útil para los patrones de flujo rotativos. |
| Aleación metálica amorfa | Cinta de aproximadamente 0,025 mm, enrollada. | Aproximadamente 0,2-0,3 | Transformadores de distribución de alta eficiencia | Pérdidas extremadamente bajas, pero mecánicamente duro y delgado; muchas más laminaciones, tecnología de núcleo bobinado y diferentes métodos de manipulación. |
Para alguien que especifica laminaciones CRGO, esta tabla dice algo sencillo: usted se encuentra en un término medio. Las laminaciones CRGO no igualarán a las cintas amorfas en cuanto a pérdidas sin carga, pero son más fáciles de cortar, apilar y sujetar en formas de núcleo complejas, especialmente a potencias y voltajes más altos.
Una buena laminación CRGO no consiste solo en comprar bobinas de alta calidad. Se nota en pequeños detalles cuantificables.
El control de las rebabas es lo primero. La altura de las rebabas afecta al flujo local y aumenta las pérdidas alrededor de las juntas. La mayoría de las directrices más estrictas sobre el manejo de CRGO establecen límites estrictos para las rebabas aceptables y recomiendan procesos para controlarlas. Los programas de afilado de herramientas, el espacio libre de estampado y los métodos de desbarbado terminan siendo visibles en los resultados de las pruebas de pérdidas sin carga.
Lo siguiente es la orientación del corte. Muchos talleres siguen cortando ocasionalmente piezas en ángulos subóptimos para ahorrar material. Cada grado que se aleja de la dirección de laminación aumenta la pérdida y la corriente magnetizante, especialmente en los grados Hi-B, donde la textura es más fuerte. Los catálogos de las fábricas y los folletos técnicos muestran cómo aumenta drásticamente la pérdida una vez que la dirección de magnetización se aleja de la dirección de laminación, por lo que su estrategia de anidamiento y desechos es, en esencia, una elección de diseño magnético.
La integridad del recubrimiento es silenciosa, pero importante. Los recubrimientos rayados, sobrecalentados o contaminados reducen la resistencia interlaminar. En los núcleos ensamblados, esto se manifiesta en una pérdida por corrientes parásitas mayor que la prevista por las mediciones de una sola lámina. Los recubrimientos modernos están formulados para resistir altas temperaturas y ofrecer una buena adhesión, pero no son invulnerables al manejo agresivo, la contaminación por aceite o el apilamiento brusco.
Por último, el patrón de apilamiento en sí mismo. Tanto si utiliza juntas superpuestas simples como secuencias complejas de solapamiento escalonado, la forma en que se disponen las laminaciones en las esquinas determina en qué medida el núcleo ensamblado se aproxima a los valores W/kg de la fábrica. Las demostraciones de transformadores modelo con diferentes métodos de unión muestran claras diferencias tanto en la pérdida total como en los puntos calientes locales, incluso con acero idéntico. El material es el mismo, pero la estrategia de laminación no lo es.
Dado que ya conoce los fundamentos básicos del material, el verdadero valor de una especificación reside en describir cómo espera que se comporten las laminaciones, y no solo de qué están hechas.
A menudo resulta útil especificar los requisitos de pérdida para el núcleo ensamblado, no solo para el acero. Por ejemplo, especificar que «la pérdida del núcleo del transformador en tanque a la tensión y frecuencia nominales no debe superar X W a Y °C» es más estricto que simplemente «grado CRGO 23HP90 o superior», ya que obliga a que el proceso de laminación forme parte de la garantía. Las tablas de grados, como las publicadas para los grados BIS/ISI CRGO, muestran el espesor y el máximo W/kg por grado, y son un buen punto de partida para establecer esos números.
También puede controlar la calidad de la laminación con restricciones sencillas y comprobables: altura máxima de las rebabas, ángulo máximo permitido de corte con respecto a la dirección de laminación, factor mínimo de laminación para el núcleo ensamblado, si es obligatorio un recocido final para aliviar la tensión en determinadas potencias nominales, qué patrones de unión están permitidos. Nada de esto requiere largos ensayos; unas pocas líneas claras en las notas del dibujo suelen orientar más la fabricación que otro párrafo de texto de marketing.
Y luego está la realidad de la cadena de suministro. Existe el CRGO secundario o «aceitoso», que puede resultar atractivo por razones de coste, especialmente en aplicaciones de menor potencia o menos críticas. Los artículos de los proveedores de laminados tratan explícitamente cómo se eligen los diferentes tipos de laminados y calidades de láminas para el CRGO primario frente al secundario. Si se permite este tipo de material, la especificación debe indicar dónde es aceptable y qué pruebas deben cumplirse. De lo contrario, habrá sorpresas.
Entonces, ¿qué es el laminado CRGO? No es solo un tipo de material. Es la combinación de acero eléctrico orientado, espesor, recubrimiento, método de corte, geometría de unión y control de tensión lo que determina si el núcleo de su transformador se comporta realmente como los precisos valores W/kg indicados por el fabricante, o si se desvía en decenas de por ciento una vez ensamblado.
Una vez que lo ves así, las conversaciones dejan de ser «CRGO frente a otra cosa» y pasan a ser «qué opciones de laminación nos ofrecen el perfil de pérdidas, nivel de ruido y coste con el que podemos vivir». Esa es una pregunta mucho más útil cuando estás aprobando un diseño real, no solo leyendo un folleto.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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