Transformador Eléctrico: el dispositivo clave para adaptar el voltaje

¿Qué es un transformador eléctrico y para qué sirve?

Un transformador eléctrico es un dispositivo electromagnético estático, es decir, no tiene partes móviles, que permite aumentar o disminuir el voltaje de una corriente alterna (CA) manteniendo, idealmente, la potencia. Su función principal es, por lo tanto, transformar la tensión eléctrica para adaptarla a las necesidades de transporte, distribución o utilización final de la energía.

Piensa en la electricidad como agua que fluye por tuberías a diferentes presiones. Para transportarla a largas distancias de forma eficiente, se usa una presión o voltaje muy alto. Pero para usarla en casa, necesitamos una presión mucho más baja y segura. El transformador es el encargado de hacer esos cambios de voltaje.

Los transformadores también pueden cumplir otras funciones, como aislar eléctricamente dos circuitos o adaptar impedancias entre diferentes partes de un sistema.

El principio de funcionamiento: la inducción electromagnética

El funcionamiento de un transformador se basa en un fenómeno físico fascinante llamado inducción electromagnética, descubierto por Michael Faraday. Para entenderlo de forma sencilla, necesitamos conocer sus componentes básicos.

Partes fundamentales de un transformador

Un transformador típico consta de tres partes principales:

• Núcleo magnético: es una estructura hecha de un material ferromagnético, generalmente láminas de acero al silicio apiladas y aisladas entre sí. Su función es conducir y concentrar el flujo magnético generado por las bobinas.
• Devanado primario o bobina primaria: es un conjunto de espiras de cable eléctrico conductor enrolladas alrededor de una parte del núcleo. Es la bobina que recibe la energía eléctrica a un voltaje determinado.
• Devanado secundario o bobina secundaria: es otro conjunto de espiras de cable conductor enrolladas alrededor del mismo núcleo, pero eléctricamente aisladas del primario. Es la bobina que entrega la energía eléctrica transformada a un voltaje diferente.

El proceso de transformación paso a paso

El proceso de transformación de voltaje ocurre de la siguiente manera:

1. Cuando se aplica una corriente alterna al devanado primario, esta corriente variable crea un campo magnético también variable alrededor de la bobina.
2. El núcleo ferromagnético canaliza este flujo magnético variable a través de sí mismo, haciéndolo pasar también por el devanado secundario.
3. Este flujo magnético variable que atraviesa las espiras del devanado secundario induce una fuerza electromotriz o voltaje en esta segunda bobina. Este es el fenómeno de la inducción electromagnética.
4. La relación entre el número de espiras del devanado primario (Np) y el número de espiras del devanado secundario (Ns) determina si el voltaje aumenta o disminuye. Esta se conoce como la relación de transformación (m = Np/Ns).

Si el número de espiras del secundario (Ns) es mayor que el del primario (Np), el transformador es elevador de tensión. Si Ns es menor que Np, es un reductor de tensión. Idealmente, la potencia de entrada es igual a la potencia de salida, aunque en la realidad siempre hay pequeñas pérdidas.

Tipos de transformadores eléctricos: una familia diversa

Existe una gran variedad de transformadores, clasificados según diferentes criterios como su aplicación, su construcción, el número de fases o el sistema de refrigeración. Conocer los tipos más comunes nos ayuda a entender su amplio rango de uso.

Aquí te presentamos algunos de los más relevantes:

• Transformadores de potencia: son de gran tamaño y se utilizan en las subestaciones eléctricas para elevar la tensión generada en las centrales eléctricas para su transporte a largas distancias, o para reducirla para su distribución a las ciudades y polígonos industriales.
• Transformadores de distribución: son los que vemos más a menudo en postes o en centros de transformación urbanos. Su función es reducir la media tensión de las líneas de distribución (por ejemplo, 15 kV o 20 kV) a la baja tensión que utilizamos en nuestros hogares y comercios (generalmente 230 V o 400 V). Son cruciales para que la electricidad llegue en un formato utilizable. Puedes aprender más sobre este nivel de voltaje en nuestro artículo sobre baja tensión.
• Transformadores monofásicos y trifásicos: los monofásicos operan con una sola fase de corriente alterna, mientras que los trifásicos lo hacen con tres fases, siendo estos últimos los más comunes en la distribución y en aplicaciones industriales.
• Autotransformadores: a diferencia de los transformadores convencionales, tienen un único devanado que actúa a la vez como primario y secundario. Son más pequeños y económicos para ciertas aplicaciones donde no se requiere aislamiento galvánico entre entrada y salida.
• Transformadores de medida: se utilizan para reducir voltajes o corrientes muy elevados a valores seguros y manejables que puedan ser medidos por instrumentos estándar. Se dividen en transformadores de tensión (TT) y transformadores de intensidad (TI).
• Transformadores de aislamiento: su relación de transformación es 1:1, es decir, no cambian el voltaje. Su principal función es proporcionar aislamiento galvánico entre el circuito primario y el secundario, mejorando la seguridad o reduciendo ruidos eléctricos.
• Transformadores secos y en baño de aceite: esta clasificación se refiere al sistema de refrigeración y aislamiento. Los transformadores secos utilizan el aire como refrigerante y resinas o materiales aislantes sólidos. Los transformadores en baño de aceite tienen sus devanados y núcleo sumergidos en un aceite dieléctrico que actúa como aislante y refrigerante. Estos últimos son muy comunes en distribución por su eficiencia, pero requieren más mantenimiento y precauciones ambientales.

¿Dónde encontramos los transformadores en nuestro día a día?

Aunque los más visibles son los de las redes de distribución, los transformadores están presentes en muchos más sitios de los que imaginamos.

Además de los grandes transformadores de las compañías eléctricas, también los encontramos en:

• Fuentes de alimentación de aparatos electrónicos: muchos dispositivos como ordenadores portátiles, cargadores de móviles, televisores, etc., utilizan pequeños transformadores (o sistemas de conmutación que cumplen una función similar) para reducir la tensión de la red a los bajos voltajes de corriente continua que necesitan sus circuitos internos.
• Electrodomésticos: algunos electrodomésticos pueden incorporar transformadores para diferentes funciones.
• Sistemas de iluminación: por ejemplo, las luces halógenas de bajo voltaje o algunas tiras LED requieren transformadores para funcionar.
• Industria: en maquinaria, hornos de inducción, soldadura, y un largo etcétera.

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Importancia de los transformadores en el sistema eléctrico

Sin los transformadores, nuestro sistema eléctrico actual simplemente no podría funcionar como lo conocemos. Su capacidad para modificar los niveles de voltaje es fundamental para:

• Transporte eficiente de la energía: transportar electricidad a altos voltajes reduce las pérdidas de energía en los cables. Los transformadores elevadores en las centrales permiten esto.
• Distribución segura y utilizable: los transformadores reductores en las subestaciones y centros de transformación disminuyen el voltaje a niveles seguros para su uso en hogares, comercios e industrias.
• Adaptación a las necesidades de los equipos: permiten que los aparatos funcionen con los voltajes específicos para los que fueron diseñados.

Son, por tanto, un componente crítico para la fiabilidad y eficiencia de toda la cadena de suministro eléctrico, desde la generación hasta el consumidor final.

Mantenimiento y seguridad de los transformadores

Los transformadores, especialmente los de potencia y distribución, requieren un mantenimiento periódico para asegurar su correcto funcionamiento y prolongar su vida útil. Este mantenimiento suele incluir inspecciones visuales, análisis del aceite dieléctrico (en los transformadores en baño de aceite), limpieza de aisladores, y pruebas eléctricas.