Los transformadores industriales son el equipo que determina si una planta funcionará o no. También son el último equipo en el que alguien piensa hasta que se descompone. Los transformadores industriales reciben el voltaje de la compañía eléctrica y lo convierten en el voltaje que requieren los componentes de la maquinaria. Además, los transformadores determinan la corriente de falla, el esquema de protección y gran parte del costo de la electricidad durante los próximos treinta años.
En resumen, un transformador industrial reduce y aumenta los voltajes entre el suministro y el sistema de distribución de una planta. Los transformadores de voltaje industriales suelen estar clasificados a 11 kV o 33 kV hasta 400 V, 480 V o 690 V. Los tipos principales de transformadores son sumergidos en aceite, tipo seco de resina fundida y subestaciones unitarias. Una unidad única de un transformador tipo seco de 1,000 kVA costará aproximadamente entre 18,000 y 45,000 al precio ex-works, mientras que una unidad sumergida en aceite con la misma clasificación será entre un 25% y un 40% menos costosa de adquirir, pero costará más instalarla.
Habrá algunos principios y regulaciones que no podrá alterar más adelante. Los más importantes son la relación de voltaje, impedancia, grupo vectorial y aumento de temperatura. La última sección trata sobre el lugar de un proveedor de fábrica y sobre otros casos en los que no se incluyen proveedores de fábrica.
¿Qué es un Transformador Industrial?
Es uno de los dispositivos estáticos que funcionan sin partes móviles. Este dispositivo transfiere energía eléctrica de un circuito a otro utilizando campos magnéticos. En el uso industrial, el término transformador industrial se refiere a los transformadores usados en fábricas, plantas de energía e industrias. Por lo tanto, difiere del transformador de transmisión o del transformador de distribución en un poste.
La capacidad de carga comienza desde 100 kVA para un centro de máquinas hasta 20 MVA o más para transformadores de subestación industrial. El voltaje en el lado primario depende del suministro proporcionado por la compañía eléctrica o del suministro interno de anillo principal. Normalmente es alrededor de 11, 13.8, 20, 22, 33 o 34.5 kV. En el lado secundario, el voltaje será igual al voltaje de la compañía eléctrica, que normalmente varía entre 400 V para la mayoría de los países, 480 V para EE. UU. y 690 V para sistemas de motores pesados.
El transformador industrial se distingue de los transformadores comerciales en relación con tres factores. En primer lugar, ha sido diseñado para operación continua bajo carga similar. En segundo lugar, incluye cargas armónicas que crean ciertos requisitos para el diseño de sus devanados y neutro. Finalmente, el transformador industrial debe tener el factor K requerido para proteger su plataforma contra violaciones armónicas.
Cómo funciona el Transformador: 3 funciones clave de un Transformador
A medida que el circuito de la bobina primaria recibe corriente alterna, la bobina primaria crea un campo magnético fluctuante dentro del núcleo, y debido a este campo magnético se induce voltaje en la bobina secundaria. La bobina primaria y la bobina secundaria tienen un número determinado de vueltas de bobina, lo que crea una relación de voltaje específica en el transformador. Por eso es cierto que un transformador con 1000 vueltas primarias y 100 vueltas secundarias reduciría los 11 kV a 1.1 kV.
Convierte voltaje y corriente en proporción inversa. La potencia nunca puede ser generada a través de un transformador. Cuando hablamos de un transformador de potencia, con una capacidad de 1000 kVA y una entrada de 11 kV, puede extraer aproximadamente 52 amperios en el lado primario y entregar cientos de amperios a 400 voltios.
Sirve para aislar entre los circuitos. No existe forma de establecer conexión eléctrica entre los circuitos. Solo hay campo entre ellos. Por eso la planta eléctrica puede conectar a tierra el neutro secundario de forma independiente y de la misma manera puede usarse con transformador de aislamiento para suprimir ruido de alta frecuencia.
También establece la relación de fase. La forma de conectar los devanados (tipo delta o Y) establece el desfase entre el voltaje de entrada y salida.
El calor producido en el núcleo se debe a la pérdida de energía por la inversión del flujo y las pérdidas en los devanados cuando se extrae corriente. Las pérdidas mencionadas son el tema de la sección que discute la eficiencia y también son los principales contribuyentes al costo total de mantenimiento de los transformadores.
Los tipos usados en la industria
Hay cinco tipos de transformadores usados en la industria, que dependen de la condición donde el transformador está montado y operado.
- Transformadores sumergidos en aceite tienen el devanado colocado en aceite mineral, que circula por convección eliminando el exceso de calor a través del radiador. Sin embargo, este tipo funciona mejor cuando el requerimiento de voltaje supera los 500 kVA debido al bajo costo de operación y mejores características térmicas. Sin embargo, hay que tener en cuenta que este tipo de transformador no puede ser colocado dentro de un edificio ocupado sin un recinto con clasificación contra incendios..
- Transformadores de resina fundida tienen el devanado encapsulado en resina epoxi para que no haya contención líquida ni riesgo de incendio. Este tipo se usa en países tropicales y subtropicales. La desventaja de los transformadores de resina es el costo inicial más alto y límites térmicos bajos. Un ejemplo de la serie es un transformador de resina fundida de 10 kV con núcleo y capacidad de bobina fabricados en fábrica usando herramientas y su recinto se desarrolla al momento del pedido.
- Tipo seco ventilado. Los devanados están abiertos y son enfriados por aire. Son más económicos que los transformadores de resina fundida en niveles bajos de potencia; son muy populares en salas de plantas ventiladas. Son susceptibles al polvo y la humedad; por lo tanto, deben mantenerse limpios en un espacio seco y alejado de cualquier área de lavado.
- Subestación unidad. Un transformador que se atornilla directamente a la sección para recibir energía desde la línea de media tensión y la sección de distribución de baja tensión en una sola unidad. Esto es bueno para ahorrar cable y espacio y es preferible cuando todas las cargas están ubicadas en un área y además no hay problema de coordinación en la instalación.
- Montado en base. Este tipo consiste en un transformador de aceite en una unidad cerrada, que se sitúa a nivel del suelo con conexiones separables y fusibles en el tanque, que no requieren apertura. Al usar este tipo de unidad, no es necesario tener un área cercada. Se utiliza principalmente cuando una planta recibe suministro a alta potencia y necesita distribución al aire libre.
Los cinco tipos tienen una característica común, a saber, el blindaje electrostático entre el primario y el secundario, que permite usar cualquier tipo de unidad como transformador de aislamiento, de modo que se reduce el impacto del ruido de alta frecuencia debido a los variadores/rectificadores. El factor K, que generalmente se indica como K-4 o K-13, significa que la unidad está provista con la capacidad adecuada para manejar el calentamiento armónico.
Clasificaciones y aplicaciones de voltaje
Las entidades utilizan clasificaciones de voltaje para determinar el uso de agua y electricidad en su planta. La clasificación de voltaje determinará la magnitud de la capacidad eléctrica y de agua útil para su instalación antes de ordenar cualquier transformador para el equipo dentro de su instalación.
| Aplicaciones de clasificación | Uso en la industria | Relaciones típicas |
|---|---|---|
| 11 kV | Anillos de planta de 11 kV y suministro entrante utilizado por la mayoría de las compañías eléctricas en el mundo. | 11/0.4 kV, 11/0.415 kV |
| 8 kV y 12.47 kV | Uso en entornos industriales en Norteamérica. | 8/0.48 kV, 13.8/4.16 kV |
| 20 kV y 22 kV | Tomado de aplicaciones densas en Europa y China. | 20/0.4 kV o 22/0.4 kV |
| 33 kV y 35 kV | Subtransmisión en grandes fábricas donde la relación de carga de voltaje no afectará sus operaciones. | 33/11 kV o 33/0.4 kV. |
| 66 kV y superiores | Operaciones muy grandes como plantas de generación cautiva. | 66/11 kV o 110/33 kV. |
Se puede demostrar que la fábrica recibe la energía eléctrica que necesita en un nivel de voltaje, distribuye la electricidad según su clase de voltaje inferior que está por debajo de la clasificación de voltaje suministrada por la compañía eléctrica y el voltaje final utilizado para los voltajes que alimentan las cargas.
La corriente fluye de manera similar, pero en sentido inverso. Por ejemplo, un transformador de 2,000 kVA tomará aproximadamente 105 A a 11 kV y entregará aproximadamente 2,887 A a 400 V desde los barras colectoras de baja tensión, no desde los cables. Si una especificación solo indica los kVA sin la relación de voltaje, la declaración está incompleta porque no proporciona la clasificación necesaria en kW.
Donde las clasificaciones de voltaje son 20 kV o 22 kV, la unidad de transformador sumergido en aceite de 20 kV tiende a ser el modelo especificado para la mayoría de las instalaciones porque esta clasificación cubre tanto el suministro de alimentación como el circuito interno en un solo voltaje.
Pérdidas, Eficiencia y Costo durante la Propiedad
Una vez que un transformador está energizado, independientemente de si la producción está en curso o no, incurrirá en pérdidas, siendo la diferencia entre ambas pérdidas la que indica qué sistema será el más rentable durante un período de veinte años.
La pérdida sin carga está siempre presente una vez que la primera línea está conectada a plena potencia. Es resultado de la magnetización del núcleo así como de las corrientes parásitas que fluyen a través de las laminaciones y permanecerá sin cambios independientemente del nivel de carga. Pérdida de carga Por otro lado, ocurre debido a la resistencia en los devanados y aumenta con el cuadrado de la corriente. Por ejemplo, la operación de una unidad con solo una carga del 25% estará dictada por la pérdida sin carga, mientras que una unidad operando a plena capacidad estará determinada por la pérdida en carga.
Conocer estos principios tiene implicaciones prácticas para la estructura de precios. Cuando una planta opera apenas por encima de la pérdida sin carga, se debe especificar una configuración con baja pérdida sin carga aunque a un precio más alto. Por otro lado, a plena capacidad se requerirá una configuración con baja pérdida en carga que se caracterice por un mayor contenido de cobre.
Por ejemplo, una unidad con una capacidad de alrededor de 1,000 kVA consume aproximadamente 1.21% y 1.81% de su capacidad en pérdidas sin carga, lo que equivale a 105,000 kWh y 158,000 kWh, respectivamente, en un año basado en 8,760 horas de operación. Si un consumidor industrial paga kVA a la tarifa real, el comprador tendrá un período de recuperación de aproximadamente cuatro a siete años a pesar de pagar un precio premium de 10% a 15% por sus diseños que permiten una reducción del 20% en pérdidas sin carga. Esta es la razón por la cual las compañías eléctricas y los grandes consumidores tienen fórmulas de evaluación de pérdidas y los consumidores pequeños incurren en un costo mayor de sus unidades sin considerar las pérdidas sin carga.
Aplicaciones Industriales
La aplicación proporciona información sobre tipos, envolventes e impedancias para seis sectores del mercado.
| Sector | Estructura regular | Justificación |
|---|---|---|
| Producción y ensamblaje | Transformadores 11/0.4 kV, aislados con resina para interiores | Diferentes ubicaciones para diferentes centros de carga en la planta. Se debe considerar la carga de incendio. |
| Acero, cemento y extracción de minerales | 33/11 kV y 11/0.69 kV, sumergidos en aceite para exteriores | Carga de motor grande, alto nivel de fallas y ambiente polvoriento. |
| Centros de datos | Unidades múltiples de transformadores aislados con resina en paralelo, N+1 | Redundancia, bajas cargas de incendio y adaptación de impedancia. |
| Petróleo, gas y petroquímica | Sumergidos en aceite con seguridad mejorada; un factor k donde predomina el uso de variadores | Clasificación de áreas peligrosas y carga armónica. |
| Agua y aguas residuales | Transformadores de aceite montados en base, 11/0.4 kV | Para plantas exteriores con cargas periódicas de bombeo y para mantenimiento a distancia. |
| Generación de energía renovable y/o cautiva | Transformadores elevadores 0.69/33 kV o 11/33 kV; ensamblaje de generación. |
Existe una clara tendencia a usar transformadores aislados en seco en instalaciones interiores, mientras que las plantas exteriores generalmente usan transformadores aislados en aceite por razones de costo. La excepción es una instalación con alta carga armónica que requiere el uso de transformadores con clasificación k.
En una instalación que requiere el suministro del sistema completo de distribución de media tensión en lugar de solo un transformador, la conversación comenzará en el sistema de distribución de energía de media tensión. Probablemente será en el contexto de una planta nueva, ya que las interfaces entre transformadores, cubículos y relés se convierten en el foco de los problemas de puesta en marcha.
¿Cuál es el precio de un transformador industrial?
Los precios proporcionados aquí son precios ex works en el año 2026 y están influenciados por el tipo de conductor, impedancia, carcasa y regímenes de prueba. Las diferencias de precio entre diferentes fabricantes tienden a reflejar las variaciones que ocurren entre sus cotizaciones para las mismas especificaciones. En general, los fabricantes occidentales cobran entre un 30 y un 50 por ciento más que los fabricantes asiáticos.
Las especificaciones del transformador influirán en el precio de las siguientes maneras:
| Especificaciones del transformador | Rango de precios |
|---|---|
| Transformador de resina fundida de 500 kVA, 11/0.4 kV | $12,000 to $22,000 |
| Transformador de resina fundida de 1000 kVA, 11/0.4 kV | $18,000 to $45,000 |
| Transformador sumergido en aceite de 1000 kVA, 33/0.4 kV | $14,000 to $30,000 |
| Transformador sumergido en aceite o de resina fundida de 2500 kVA | $45,000 to $95,000 |
| Transformador sumergido en aceite de 5000 kVA, 33/11 kV | $90,000 to $180,000 |
Los componentes de la instalación sorprenden a los compradores. Cuando se suman los costos de terminaciones de cables de media tensión, relés de protección, transformadores de corriente, sistemas de protección contra rayos, sistemas de puesta a tierra y servicios de construcción, se puede añadir entre un 40 y un 80 por ciento al precio del resto del equipo eléctrico comprado.
Hay dos elementos que deben ser valorados durante la fase de propuesta. El primer componente es el tipo de cambiador de tomas que se utiliza. Un cambiador de tomas fuera de circuito está incluido en todas las unidades estándar, pero un cambiador de tomas bajo carga tendrá un costo adicional que varía entre el 15 y el 30 por ciento del costo del generador. El segundo elemento es el procedimiento de prueba que se realiza en el transformador. Un programa completo de pruebas tipo realizado en el transformador nuevo costará más que las pruebas rutinarias que se realizarían en unidades posteriores producidas.
Fabricantes especificados
Debido a consideraciones logísticas para el transporte de una unidad de tres toneladas, el mercado está regionalmente limitado, y los fabricantes que se enumeran a continuación reflejan esa limitación.
Grupo SGB-SMIT ostenta el título de ser el grupo independiente de transformadores más grande de Europa. Cuenta con instalaciones de fabricación en Alemania, Países Bajos, República Checa, India y Estados Unidos, y produce productos que van desde pequeñas unidades de distribución hasta grandes transformadores de potencia. Es fuerte porque puede ofrecer una lista muy amplia de combinaciones de voltaje.
Ormazabal de España ofrece la red de media tensión como un paquete que incluye equipos de conmutación, transformadores y subestaciones que funcionan en conjunto cuando se instalan conjuntamente. Esta integración hace que su propuesta sea atractiva para los propietarios de plantas que desean un único punto de contacto para toda la instalación.
Hammond Power Solutions es el especialista en tipo seco de América del Norte, cuyas especificaciones de diseño publicadas y red de distribución permiten que las unidades de resina fundida se adquieran de un catálogo en lugar de ser diseñadas a medida para un proyecto específico.
Hitachi Energy y Siemens Energy suministran el segmento superior del mercado y el sector de servicios públicos con las instalaciones de pruebas tipo y las organizaciones de servicio que lo respaldan. Para equipos de 132 kV, representan un proveedor de primer nivel; también trabajan con transformadores de distribución de hasta 1000 kVA.
Los fabricantes chinos son responsables de más de la mitad del mercado global de producción de transformadores hoy en día, y se registraron aproximadamente ¥64.6 mil millones en exportaciones para 2025, lo que representa un crecimiento masivo de 36% respecto al año pasado. Las empresas reputadas cuentan con certificados de pruebas tipo IEC y, cuando corresponde, certificaciones UL o CSA y cartas de referencia dentro del país de destino.
Al elegir: una tabla de selección según especificación
| Si estás en esta posición | El tipo de transformador necesario | El rango de precios |
|---|---|---|
| Transformador ubicado dentro de una planta de fabricación, consideraciones de carga de incendio | resina fundida, tipo seco, IP31 a IP54 | $18,000 a $45,000 para 1,000 kVA |
| Transformador instalado al aire libre, clasificación superior a 1,000 kVA – | Sumergido en aceite, montado en base | 25-40 por ciento menos que tipo seco |
| Planta nueva y carga concentrada y se desea una sola entrega | Subestación unitaria con aplicación de MT y distribución de BT | 30-60 por ciento más que un transformador desnudo |
| Carga con variación pesada y distorsión superior al 15 por ciento | Transformador de aislamiento clasificado K-13 o blindado | 10-25 por ciento más |
| Centro de datos con redundancia N+1 | Varios transformadores de resina fundida con impedancia igualada | Mínimo de dos transformadores con una impedancia dentro del 10 por ciento |
| Gran grupo de motores a 690 V | Sumergido en aceite 11kV/0.69kV con alta impedancia | el precio supera los 2,500 kVA |
¿Es mejor leer esta tabla comenzando primero con las instalaciones que necesitan especificación, para luego pasar a la clasificación, porque la decisión del tipo respecto al transformador generalmente se toma debido a la instalación y no debido a la carga? La discusión de transformador de potencia versus transformador de distribución muestra las diferentes razones por las cuales estas unidades se dimensionan y valoran de manera diferente, lo cual se vuelve esencial cuando una planta debe tomar una decisión sobre si comprar una unidad grande o varias unidades más pequeñas.
Por mucho, el mayor error de especificación con transformadores en esta categoría es dimensionar según la suma de las placas de características conectadas en lugar de una carga diversificada. Los transformadores cableados de esta manera funcionarán al 30 por ciento de carga constantemente, desperdiciando pérdidas sin carga cada hora. Debido a esto, la elección adecuada generalmente debería ser un tamaño menor y un plan para otro transformador cuando la carga aumente.
Where SUBIAN Fits
Fabricamos transformadores de distribución y potencia que van desde 10kVA hasta alrededor de 20MVA, con la mayoría en el rango de 30kVA a 2,500kVA a 10, 20, 33 y 35kV, y con tipos tanto sumergidos en aceite como de resina fundida. Los clientes finales utilizan nuestros transformadores ya sea como contratistas EPC, distribuidores o plantas que requieren un producto estándar.
Para el propósito de discutir nuestros productos, nuestra producción en este sector es el extremo interior de ese espectro en resina fundida y trabajo exterior en productos sumergidos en aceite; contamos con diseños estándar de núcleo y bobina en stock; sin embargo, el gabinete, la clasificación IP, el aumento de temperatura y el grupo vectorial se basan en las especificaciones del cliente. Los transformadores sumergidos en aceite incluirán unidades montadas en base y para exteriores para valores superiores a 500 kVA.
Hay tres razones específicas por las cuales los compradores estarán inclinados a trabajar con nosotros:
- siempre proporcionaremos cotizaciones según un diagrama unifilar, que indicará el grupo vectorial, rango de tomas y impedancia.
- Proporcionaremos el informe de prueba rutinaria antes del envío, que incluye toda la información, incluidas las pérdidas sin carga y con carga
- informaremos a los clientes de inmediato cuando el proyecto esté fuera de nuestro alcance (es decir, por encima de 35kV).
Para un proyecto que requiere los transformadores, el equipo de conmutación y la protección juntos en uno, la gama de transformadores de distribución y subestaciones puede satisfacer su demanda, lo cual generalmente es mucho más barato que comprar una subestación de planta, ya que será problema de un solo proveedor resolver las interfaces, no de tres.
Preguntas Frecuentes
¿Qué hace un transformador industrial?
El transformador industrial generalmente implica la transformación de voltaje entre el suministro y el sistema de distribución de la planta, aislado magnéticamente. Un transformador industrial típico toma 11 kV o 33 kV de la utilidad o del anillo principal de la planta y proporciona 400 V, 480 V o 690 V al sistema de distribución eléctrica de la planta industrial. El transformador industrial también determina la cantidad de corriente de falla disponible en la parte inferior, define la relación de fase entre el primario y el secundario, e identifica el arreglo de puesta a tierra para el sistema de baja tensión.
¿Cuánto cuesta el transformador industrial?
Por ejemplo, el costo de una unidad de resina fundida de 500 kVA puede oscilar entre $12,000 y $22,000 ex works, mientras que una unidad de 1,000 kVA puede costar entre $18,000 y $45,000 y una unidad de 2,500 kVA estará en el rango de $45,000 a $95,000. Por otro lado, una unidad sumergida en aceite para la misma potencia puede costar entre un 25 y un 40 por ciento menos en la compra. La instalación constituye un gasto adicional del 40 al 80 por ciento en el caso de un proyecto de unidad única, y más que eso en el caso de un nuevo edificio de subestación o instalación de cable de media tensión.
¿Cuáles son los principales tipos de transformadores utilizados en la industria?
Los principales tipos de transformadores que se emplean en la industria son sumergidos en aceite, tipo seco de resina fundida y subestación unitaria.
La primera categoría corresponde a los servicios exteriores y de subestación por encima de 500 kVA; la segunda se refiere a las instalaciones interiores donde la carga de incendio se vuelve significativa; mientras que la tercera categoría trata con instalaciones que comprenden el ensamblaje del transformador junto con la transmisión de media tensión desde las líneas de alimentación entrantes seguida de la distribución de baja tensión. Las dos primeras categorías también ofrecen dos tipos de transformadores conocidos como tipo montado en base y tipo ventilado.
¿Cuáles son los tipos de transformadores?
En cuanto a voltaje, existen cuatro tipos de transformadores, a saber, transformador elevador, transformador reductor, transformador de aislamiento y autotransformador. Un transformador elevador se utiliza para aumentar el voltaje para la transmisión eléctrica; un transformador reductor se utiliza para disminuir el voltaje para la distribución; un transformador de aislamiento transmite una relación 1:1 entre circuitos mientras los separa; mientras que el autotransformador tiene solo un devanado con conexión derivada. Hay cuatro tipos de transformadores basados en materiales, como transformadores sumergidos en aceite, transformadores secos, transformadores aislados por gas y transformadores de resina fundida. Al usar transformadores industriales, se debe tener en cuenta que la segunda clasificación afecta principalmente el proceso de instalación.
Referencia
- Grupo SGB-SMIT - Transformadores de Potencia y Distribución
- Hammond Power Solutions - Datos de Diseño de Transformadores Tipo Seco
- Ormazabal - Redes y Subestaciones de Media Tensión
- Administración de Información Energética de EE. UU. - Hoy en Energía
- Hitachi Energy - Transformadores y Equipos de Red
Conclusión
Los transformadores industriales se seleccionan en función de cuatro parámetros que no pueden cambiarse una vez que el transformador está fabricado. Son la relación de voltaje, la impedancia, el grupo vectorial y el aumento de temperatura. La categoría se determina por la posición del transformador y el precio depende de la categoría de los artículos y del régimen de pruebas empleado en el equipo.