Calculadora de Pérdidas en Transformador — Vacío y Carga
Calcula las pérdidas de potencia en transformadores eléctricos: pérdidas en vacío (núcleo), en carga (cobre) y eficiencia a diferentes niveles de carga.
Cómo usar esta calculadora
- Ingrese la capacidad del transformador en kVA.
- Indique las pérdidas en vacío y en carga (datos de placa o catálogo).
- Especifique la carga actual como porcentaje de la capacidad nominal.
- La calculadora muestra las pérdidas totales, eficiencia y costo anual de pérdidas.
- Compare con un transformador de alta eficiencia para evaluar sustitución.
- Optimice el factor de carga para operar en la zona de máxima eficiencia (40-60%).
- Realice termografía anual para detectar puntos calientes que indiquen degradación.
Fórmula
P_total = P_fe + P_cu × (S/S_nom)² | η = S_carga × FP / (S_carga × FP + P_fe + P_cu × (S/S_nom)²) × 100 Ejemplo Práctico
Ejemplo: Transformador 225 kVA en fábrica de Puebla. P_fe (vacío): 900W. P_cu (carga 100%): 4,500W. Carga actual: 160 kVA (71%). P_total = 900 + 4,500 × (0.71)² = 900 + 2,269 = 3,169W. Eficiencia: (160 × 0.85) / (136 + 3.17) = 97.7%. Costo pérdidas: 3.17kW × 8,760h × $2.50 = $69,423/año.
Interpretación de Resultados
Las pérdidas en vacío (hierro) son constantes 24/7 independiente de la carga — un transformador vacío sigue consumiendo. Las pérdidas en carga (cobre) varían con el cuadrado de la corriente. La eficiencia máxima se alcanza cuando P_fe = P_cu (típicamente 50-70% de carga). Un transformador sobredimensionado tiene más pérdidas en vacío de las necesarias.
Preguntas Frecuentes
¿Cuánta energía pierde un transformador al año?
Para un transformador de 225 kVA típico al 70% de carga: pérdidas totales ~3.2 kW. Al año: 3.2 × 8,760 = 28,032 kWh. A $2.50/kWh: $70,080/año. Para un transformador de 500 kVA: ~$120,000-150,000/año. Para una industria con 4 transformadores: >$400,000/año solo en pérdidas. Por eso la eficiencia del transformador es crucial.
¿Cuándo conviene sustituir un transformador viejo?
Los transformadores fabricados antes de 2000 tienen 30-50% más pérdidas que los actuales (NOM-002-ENER). Si un transformador de 150 kVA pierde 4,500W vs uno nuevo que pierde 2,800W: diferencia = 1.7 kW × 8,760h × $2.50 = $37,230/año. Un transformador nuevo cuesta $95,000. Payback: 2.6 años. Además, el viejo tiene riesgo de falla por envejecimiento del aceite.
¿Las pérdidas del transformador se pueden medir?
Sí. Prueba en vacío: alimentar el transformador sin carga, medir la potencia → pérdidas en hierro. Prueba en cortocircuito: cortocircuitar un lado, alimentar con voltaje reducido hasta corriente nominal → pérdidas en cobre. Estas pruebas requieren equipos especializados y personal calificado. Los laboratorios de la UVIE pueden realizarlas.
¿Transformador seco o en aceite — cuál tiene menos pérdidas?
Los transformadores en aceite tienen 5-10% menos pérdidas que los secos de la misma capacidad (mejor refrigeración). Sin embargo, los secos no requieren mantenimiento de aceite, no presentan riesgo de derrame, y pueden instalarse en interiores. La tendencia en México es usar secos en edificios y comercios, y en aceite para exteriores e industria.
¿Existe norma de eficiencia mínima para transformadores en México?
Sí, NOM-002-SEDE-1999 y NOM-016-ENER-2016 establecen eficiencias mínimas. Clase TP-1 (NOM): eficiencia mínima ~98% a plena carga para >75 kVA. Los transformadores de alta eficiencia (clase DOE 2016 equivalente) tienen pérdidas 15-30% menores. El costo adicional (10-20%) se recupera en 3-5 años por ahorro en pérdidas para transformadores con carga >50%.
¿A qué porcentaje de carga es más eficiente un transformador?
La máxima eficiencia se alcanza cuando las pérdidas en carga (I²R) igualan a las pérdidas en vacío (núcleo). Típicamente: 40-60% de carga nominal. Un transformador de 500 kVA operando al 30% desperdicia energía en pérdidas de núcleo desproporcionadas. Si opera consistentemente a <25%, considere reemplazar por uno de menor capacidad.
¿Existe norma de eficiencia mínima para transformadores en México?
Sí. NOM-002-SEDE exige niveles mínimos de eficiencia para transformadores nuevos. Clasificación DOE (norma de referencia): transformadores de distribución ≥ 98.0% a carga nominal. Los transformadores mexicanos de fabricantes como Prolec, IEM y Magne cumplen la norma. Al comprar un transformador, exija la curva de eficiencia vs carga y verifique certificación NOM.
¿Cómo monitoreo las pérdidas de mi transformador en campo?
Medición de pérdidas en vacío: medir potencia con el secundario abierto (vatímetro en el primario). Pérdidas en carga: calcular a partir de la corriente medida: P_carga = P_placa × (I_medida/I_nominal)². Temperatura: cada 10°C sobre la nominal reduce la vida útil del aislamiento a la mitad. Use termografía infrarroja anualmente para detectar puntos calientes.