Transformadores Eléctricos: Dimensionamiento y Pérdidas
Guía de transformadores eléctricos. Dimensionamiento por carga, pérdidas en vacío y carga, eficiencia, tipos y selección según NOM para México.
¿Qué es un Transformador?
Un transformador cambia el nivel de voltaje de la energía eléctrica. En México, la red de distribución opera a 13.2 kV o 23 kV (media tensión) y los transformadores la reducen a 220/127V (baja tensión) para uso final.
Tipos de Transformadores
| Tipo | Refrigeración | Potencia típica | Uso |
|---|---|---|---|
| Poste (aéreo) | Aceite | 15-167 kVA | Residencial, comercial menor |
| Pedestal (pad-mounted) | Aceite | 75-2,500 kVA | Comercial, industrial |
| Seco (dry type) | Aire | 15-2,500 kVA | Interior, hospitales |
| Encapsulado (cast resin) | Resina | 100-3,000 kVA | Ambientes exigentes |
Dimensionamiento
Fórmula
kVA = kW_total / FP
| Variable | Significado |
|---|---|
| kVA | Potencia aparente del transformador |
| kW_total | Carga total con factores de demanda |
| FP | Factor de potencia (0.85-0.95 típico) |
Tamaños estándar disponibles en México
| Monofásico (kVA) | Trifásico (kVA) |
|---|---|
| 5, 10, 15, 25 | 15, 30, 45, 75 |
| 37.5, 50, 75 | 112.5, 150, 225 |
| 100, 167 | 300, 500, 750 |
| — | 1,000, 1,500, 2,000 |
Ejemplo: Edificio de oficinas
Datos: Carga total 180 kW, FP = 0.90
- kVA = 180 / 0.90 = 200 kVA
- Tamaño estándar: 225 kVA (siguiente superior)
- Factor de carga: 200/225 = 89% (óptimo)
Pérdidas en Transformadores
Tipos de pérdidas
| Tipo | Causa | Depende de | Porcentaje típico |
|---|---|---|---|
| Pérdidas en vacío (P₀) | Histéresis y corrientes parásitas en el núcleo | Voltaje (constantes) | 0.2-0.5% de kVA |
| Pérdidas en carga (Pcc) | Resistencia de los devanados (I²R) | Corriente (variables) | 1.0-2.5% de kVA |
Tabla de pérdidas típicas
| kVA | P₀ vacío (W) | Pcc carga (W) | Eficiencia al 100% |
|---|---|---|---|
| 15 | 55 | 250 | 98.0% |
| 45 | 130 | 600 | 98.4% |
| 75 | 190 | 900 | 98.5% |
| 150 | 340 | 1,600 | 98.7% |
| 225 | 460 | 2,200 | 98.8% |
| 500 | 850 | 4,400 | 98.9% |
| 1,000 | 1,400 | 7,500 | 99.1% |
Eficiencia vs factor de carga
| Factor de carga | Eficiencia (trafo 225 kVA) |
|---|---|
| 25% | 98.4% |
| 50% | 98.8% |
| 75% | 98.8% |
| 100% | 98.7% |
La eficiencia máxima ocurre cuando P₀ = Pcc × (FC)², típicamente entre 50-75% de carga.
Costo de pérdidas anuales
Ejemplo: Transformador 225 kVA, 70% de carga, 8,760 h/año, $3.50/kWh
- Pérdidas en vacío: 460W × 8,760h = 4,030 kWh → $14,104/año
- Pérdidas en carga: 2,200W × 0.70² × 8,760h = 9,441 kWh → $33,044/año
- Total pérdidas: $47,148 MXN/año
Referencia Normativa
- NOM-002-SEDE-2022: Transformadores de distribución
- NOM-001-SEDE-2022 Art. 450: Transformadores y bóvedas
- IEEE C57.12.00: Requisitos generales de transformadores
- CFE: Especificaciones para transformadores de distribución
Preguntas Frecuentes
¿Cuánto cuesta un transformador en México?
Un transformador de poste de 75 kVA cuesta $40,000-60,000 MXN. Uno de pedestal de 225 kVA cuesta $120,000-180,000 MXN. Los transformadores secos son 2-3 veces más caros que los de aceite de misma potencia.
¿Puedo instalar mi propio transformador?
Para cargas > 25 kW, CFE puede requerir que el usuario instale su propio transformador (subestación particular). Esto requiere proyecto eléctrico, permisos de la autoridad local y un dictamen UVIE.
¿Qué pasa si el transformador se sobrecarga?
El transformador se sobrecalienta, reduciendo drásticamente su vida útil. Una sobrecarga del 20% sostenida reduce la vida del transformador a la mitad. Las protecciones deben actuar antes de que el transformador sufra daño.
¿Cuánto dura un transformador?
Un transformador de distribución bien mantenido dura 25-40 años. Los factores que reducen la vida son: sobrecargas frecuentes, alta temperatura ambiente, humedad y cortocircuitos.
¿Transformador seco o de aceite?
Aceite es más económico y tiene mejor capacidad de sobrecarga temporal. Seco es más seguro para interiores (sin riesgo de derrame o incendio del aceite), ideal para hospitales, centros comerciales y edificios de oficinas.
Recursos Relacionados
- Calculadora de Dimensionamiento de Transformador — Selección rápida
- Calculadora de Pérdidas de Transformador — Cálculo de pérdidas
- Potencia Trifásica — Cálculos de potencia
- Carga Comercial — Inventario de cargas
- Factor de Potencia — kVA vs kW