Transformador eléctrico, ¿cómo funciona y para qué sirve?

El transformador eléctrico es uno de los actores protagonistas de la red, garantizando su suministro y eficiencia

La red eléctrica es una compleja maraña de elementos que interactúan entre sí para que la energía se mueva de un punto a otro de manera estable y segura, garantizando que nosotros, los usuarios, dispongamos de suministro en todo momento. Esta disponibilidad es algo que damos por hecho, pero no deja de ser un hito tecnológico resultado de innumerables años de investigación y desarrollo aplicado en todos estos elementos. Como tal, hoy queremos detenernos en el funcionamiento y función de una de estas piezas clave: el transformador eléctrico, o trafo.

Antes de entrar en profundidad sobre el propio funcionamiento y uso de este elemento de la red eléctrica, quizá sea necesario explicar por qué hay que transformar la electricidad. El motivo reside en que la energía generada por las centrales se produce en baja o media tensión, dependiendo de la fuente, lo que hace necesario elevarla a alta tensión para garantizar su transporte de manera eficiente a través de la red eléctrica, minimizando las pérdidas en el transporte de la energía. Es en este punto donde entran en funcionamiento nuestro protagonista de hoy, que evita esta pérdida energética.

Es decir, el transformador es el principal “culpable” de que se pudiera realizar, con éxito el transporte de la energía eléctrica a grandes distancias de manera práctica y económica,

Para ello, el trafo varía diferentes magnitudes de la corriente alterna como el voltaje o la intensidad, manteniendo en todo momento la frecuencia y la práctica todalidad de la potencia; algo en lo que se alcanzan términos de eficiencia en un rango de entre el 96% y el 97%. Gracias a los principios de inducción electromagnética, la energía discurre de un circuito eléctrico a otro sin cambiar la frecuencia, mejorando la seguridad y eficiencia de los sistemas de energía durante todo el proceso de transporte.

Así, podemos identificar diferentes usos del transformador:

Variar al alza o a la baja el nivel de voltaje dentro de un circuito.
Adecuar el voltaje de la generación para su transmisión y distribución.
Aislar dos circuitos eléctricos diferenciados, además de evitar el paso de corriente continua entre ellos.

¿Qué elementos componen un transformador eléctrico?

Para poder llevar a cabo todas estas funciones, los transformadores cuentan con diferentes elementos con sus propias tareas. Vamos a echar un vistazo a los principales.

Núcleo: se trata de una serie de chapas magnéticas y que sirven, además de soporte para el montaje de otros elementos, para la conducción del flujo magnético.
Devanado: es el hilo o banda (bien de cobre o aluminio) enrollado en forma de bobinas (dos, una de alta y otra de baja tensión) y que sirve como conductor de la electricidad de un punto a otro alrededor del núcleo.
Aislantes: son los materiales que ponen tierra de por medio entre los diferentes elementos del transformador y sus tensiones. Se suele utilizar un sistema de capas de papel sumergidos en aceite mineral o vegetal.
Envolvente: se trata de la estructura de chapa que conforma el exterior del transformador y sirve de continente y protección de todos los elementos.
Unidad de control y sensórica: se trata de un elemento disponible en los transformadores con mayor dotación tecnológica, como el transforma.smart, y permite recopilar datos acerca del funcionamiento de la red y del propio transformador, así como el control digital del propio dispositivo.

¿Cuál es el funcionamiento del transformador?

Pese al reto tecnológico que supuso el diseño de los transformadores, su funcionamiento es relativamente sencillo en comparación con otros elementos de la aparamenta eléctrica; y es que en su sencillez reside su éxito.

El transformador eléctrico acopla dos circuitos eléctricos diferentes mediante circuito común (circuito magnético), aplicando los prinicipios de la inducción electromagnética.

Es decir, un transformador va a utilizar los dos bobinados (devanados) para generar un doble circuito enlazado a través de un enlace magnético común (el núcleo).

La corriente al circular por el devanado de alta tensión genera un flujo magnético que discurre a través del núcleo e induce una corriente y tensión distintas en el devanado de baja tensión, manteniendo la frecuencia. La relación de las tensiones de los dos devanados (alta y baja tensión) está en proporción al número de vueltas con el que cuenta cada uno de ellos.

¿Qué tipos de transformadores existen?

Según sus funciones, tipo de sistema eléctrico, lugares de instalación y tipología constructiva podemos distinguir varios tipos de transformadores. Así, vamos a ver cuáles son los principales tipos por categoría.

Transformadores eléctricos por tipo de sistema eléctrico

Monofásico: : el sistema de distribución eléctrica se realiza a través de un único conductor (cable) o fase.
Trifásico: el sistema de distribución más usado y formado por tres conductores o fases De esta forma, la corriente trifásica que circula estácompuesta por tres corrientes alternas monofásicas de igual frecuencia y amplitud. En comparación con el sistema de distribución monofásico, los costes se reducen para la misma cantidad de energía eléctrica transformada y generada

Cuando el transformador cumple una función de aumentar la tensión, y comúnmente conocidos como transformador eléctrico elevador; y cuando este cumple tareas de disminución, se le conoce como transformador eléctrico reductor.

Relacion de Transformacion

La relacion de transformacion de un transformador es la proporcion entre el numero de vueltas en el

devanado primario (entrada) y el numero de vueltas en el devanado secundario (salida). Se expresa

como:

n = Np / Ns

Donde:- Np = Numero de vueltas del devanado primario- Ns = Numero de vueltas del devanado secundario- n = Relacion de transformacion

Como funciona:

1. Si Np > Ns (n > 1) -> El transformador es reductor (reduce el voltaje).

2. Si Np < Ns (n < 1) -> El transformador es elevador (aumenta el voltaje).

La tension y la corriente se relacionan con la relacion de transformacion asi:

Vp / Vs = Np / Ns

Is / Ip = Np / Ns

Donde Vp y Vs son los voltajes, e Ip e Is son las corrientes en el primario y secundario

respectivamente.

Ejemplo sencillo:

Si un transformador tiene 100 vueltas en el primario y 50 en el secundario, la relacion de

transformacion es:

n = 100 / 50 = 2

Esto significa que si se aplica 220V en el primario, la salida sera:

Vs = Vp / n = 220V / 2 = 110V

Y si en el primario circulan 2A, en el secundario circularan:

Is = Ip * n = 2A * 2 = 4A

Asi, el voltaje baja y la corriente sube en la misma proporcion

Un transformador tiene 200 vueltas en el primario y 50 vueltas en el secundario. Si se aplica una tensión de 240V en el primario, ¿cuál será la tensión en el secundario?
Datos:

Np = 200
Ns = 50
Vp = 240V

Ejercicio 2:

Un transformador tiene una relación de transformación de 1:5. Si la corriente en el primario es de 3A, ¿cuál será la corriente en el secundario?
Datos:

n = 1/5
Ip = 3A

Ejercicio 3:

Si un transformador eleva el voltaje de 110V a 220V, ¿cuál es la relación de transformación?
Datos:

Vp = 110V
Vs = 220V

Ejercicio 4:

Un transformador tiene 150 vueltas en el primario y 300 vueltas en el secundario. Si la corriente en el primario es de 5A, ¿cuál será la corriente en el secundario?
Datos:

Np = 150
Ns = 300
Ip = 5A

Ejercicio 5:

Si un transformador tiene una relación de transformación de 4:1 y la corriente en el primario es de 6A, ¿cuál será la corriente en el secundario?
Datos:

n = 4
Ip = 6A

Ejercicio 6:

Un transformador tiene 120 vueltas en el primario y 40 vueltas en el secundario. Si la corriente en el secundario es de 8A, ¿cuál será la corriente en el primario?
Datos:

Np = 120
Ns = 40
Is = 8A

Ejercicio 7:

En un transformador de 1:3, si la tensión en el secundario es de 60V, ¿cuál será la tensión en el primario?
Datos:

n = 1/3
Vs = 60V

Ejercicio 8:

Un transformador tiene 500 vueltas en el primario y 250 vueltas en el secundario. Si la tensión en el primario es de 380V, ¿cuál será la tensión en el secundario?
Datos:

Np = 500
Ns = 250
Vp = 380V

Ejercicio 9:

Un transformador tiene 80 vueltas en el primario y 40 vueltas en el secundario. Si la corriente en el primario es de 10A, ¿cuál será la corriente en el secundario?
Datos:

Np = 80
Ns = 40
Ip = 10A

Ejercicio 10:

Si un transformador tiene una relación de transformación de 2:3 y se aplica una tensión de 300V en el primario, ¿cuál será la tensión en el secundario?
Datos:

n = 2/3
Vp = 300V

Respuestas:

Ejercicio 1: $n = \frac{200}{50} = 4$
$Vs = \frac{Vp}{n} = \frac{240V}{4} = 60V$
Ejercicio 2: $Is = Ip \times n = 3A \times 5 = 15A$
Ejercicio 3: $n = \frac{Vs}{Vp} = \frac{220V}{110V} = 2$
Ejercicio 4: $Is = Ip \times \frac{Ns}{Np} = 5A \times \frac{300}{150} = 10A$
Ejercicio 5: $Is = Ip \times \frac{Ns}{Np} = 6A \times \frac{1}{4} = 1.5A$
Ejercicio 6: $Ip = Is \times \frac{Np}{Ns} = 8A \times \frac{120}{40} = 24A$
Ejercicio 7: $Vp = Vs \times \frac{Np}{Ns} = 60V \times \frac{3}{1} = 180V$
Ejercicio 8: $Vs = \frac{Vp \times Ns}{Np} = \frac{380V \times 250}{500} = 190V$
Ejercicio 9: $Is = Ip \times \frac{Ns}{Np} = 10A \times \frac{40}{80} = 5A$
Ejercicio 10: $Vs = Vp \times \frac{Ns}{Np} = 300V \times \frac{3}{2} = 450V$

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