Caja de transferencia. Componente utilizado en vehículos con tracción total o múltiple para distribuir el par motor entre los ejes delantero y trasero. Puede incorporar relaciones reductoras para aumentar el par a bajas velocidades, facilitando la conducción en terrenos difíciles. La caja de transferencia puede ser manual o automática y permite seleccionar distintos modos de tracción. Su correcta operación es esencial para garantizar la tracción, estabilidad y capacidad de avance en condiciones off-road o de carga elevada.

Fig.: Transfer case installed in a four-wheel drive truck - Caja de transferencia instalada en un camión de tracción en las cuatro ruedas

TRANSFORMADOR: Dispositivo electromagnético que transfiere energía eléctrica desde un circuito primario a varios voltajes en un circuito secundario. Dispositivo que eleva o reduce la tensión alterna sin variar la potencia.

Un transformador es un dispositivo eléctrico estático, sin partes móviles, utilizado para elevar o reducir la tensión en sistemas de corriente alterna, así como para aislar eléctricamente circuitos. Su funcionamiento se basa en el principio de inducción electromagnética: cuando el devanado primario (entrada) se energiza, el flujo magnético en el núcleo ferromagnético induce una tensión en el devanado secundario (salida). La relación de tensiones depende directamente del número de espiras de cada bobina.

Los transformadores son fundamentales en los sistemas de generación, transmisión y distribución de energía. En las centrales eléctricas elevan la tensión para facilitar la transmisión a largas distancias con menores pérdidas, mientras que en las subestaciones reducen la tensión para su uso industrial, comercial y residencial. También se emplean en equipos electrónicos, fuentes de alimentación y cargadores.

Además de adaptar niveles de tensión, pueden aislar circuitos, suprimir armónicos y regular el voltaje de línea. Existen múltiples clasificaciones: secos o en aceite, monofásicos o trifásicos, elevadores o reductores, de una o varias bobinas. Entre los tipos más comunes se encuentran autotransformadores, transformadores de distribución, de subestación, de corriente y de tensión, cada uno diseñado para aplicaciones específicas dentro del sistema eléctrico.

Fórmulas básicas del transformador (según la figura)

• Relación de transformación (tensión):
  EH / EX = NH / NX
  Equivalente: EX = EH · (NX / NH)
• Relación de corrientes (transformador ideal):
  IH / IX = NX / NH
  Equivalente: IX / IH = NH / NX
• Conservación de potencia (ideal):
  Pentrada = Psalida
  EH · IH = EX · IX
• Tensión inducida y flujo magnético:
  E = 4,44 · f · N · Φmax
• Impedancia reflejada (del secundario al primario):
  ZH = (NH / NX)² · ZX

Donde:
EH = tensión en el primario; EX = tensión en el secundario;
NH = espiras del primario; NX = espiras del secundario;
IH = corriente del primario; IX = corriente del secundario;
f = frecuencia; Φmax = flujo máximo; ZH/ZX = impedancias.

Figura: transformador básico

• Un transformador es un dispositivo eléctrico estático que transfiere energía entre dos circuitos por inducción electromagnética, sin partes móviles. (A transformer is a static electrical device that transfers energy between two circuits by electromagnetic induction, with no moving parts.)
• Su función principal es cambiar niveles de tensión y corriente en sistemas de potencia, manteniendo la misma frecuencia. (Its main function is to change voltage and current levels in power systems while keeping the same frequency.)
• En transmisión, se eleva la tensión para transportar energía a larga distancia con menor corriente y menores pérdidas. (In transmission, voltage is stepped up to carry power over long distances with lower current and reduced losses.)
• En distribución y uso final, la tensión se reduce para alimentar cargas industriales, comerciales y residenciales con seguridad. (In distribution and end use, voltage is stepped down to supply industrial, commercial, and residential loads safely.)
• El principio de transformación se basa en un flujo magnético alterno en el núcleo que induce tensión en el secundario. (The transformation principle relies on an alternating magnetic flux in the core that induces voltage in the secondary.)
• La tensión aplicada al devanado primario produce un campo magnético (flujo) en el núcleo, que acopla ambos devanados. (Voltage applied to the primary winding produces a magnetic field (flux) in the core that couples both windings.)
• La relación de tensiones depende de las espiras: V1/V2 = N1/N2, donde N1 y N2 son las vueltas del primario y secundario. (The voltage ratio depends on turns: V1/V2 = N1/N2, where N1 and N2 are primary and secondary turns.)
• Las corrientes se relacionan inversamente: I1/I2 = N2/N1; por ello, aumentar tensión implica disminuir corriente, y viceversa. (Currents are inversely related: I1/I2 = N2/N1; thus, stepping up voltage reduces current, and vice versa.)
• En teoría ideal, las potencias aparentes son iguales: V1·I1 ≈ V2·I2 (con pérdidas pequeñas en la práctica). (In ideal theory, apparent powers are equal: V1·I1 ≈ V2·I2, with small losses in practice.)
• Los transformadores presentan alta eficiencia: alrededor de 95% en unidades pequeñas y superior al 99% en grandes potencias. (Transformers are highly efficient: about 95% for small units and above 99% for large power ratings.)
• Se clasifican en transformadores secos y transformadores llenos de líquido (aceite o silicona). (They are classified into dry-type transformers and liquid-filled transformers (oil or silicone).)
• Los transformadores secos se refrigeran por circulación natural o forzada de aire o gas inerte y se usan mucho en instalaciones industriales. (Dry-type transformers are cooled by natural or forced circulation of air or inert gas and are widely used in industrial installations.)
• Los transformadores llenos de líquido usan un refrigerante que también actúa como dieléctrico, mejorando el aislamiento eléctrico. (Liquid-filled transformers use a coolant that also acts as a dielectric, improving electrical insulation.)
• El aceite mineral de transformador ofrece buenas propiedades térmicas y dieléctricas; la silicona puede ser menos inflamable y soportar mayores temperaturas. (Transformer mineral oil provides good thermal and dielectric properties; silicone fluid can be less flammable and withstand higher temperatures.)
• La ecuación electromagnética relaciona tensión, frecuencia, número de espiras y flujo: el valor eficaz típico se expresa como Erms = 4,44·f·N·B·A. (The electromagnetic equation links voltage, frequency, turns, and flux: a common RMS form is Erms = 4.44·f·N·B·A.)
• El núcleo magnético (laminado) reduce pérdidas y facilita el establecimiento del flujo; la permeabilidad del material es clave. (The laminated magnetic core reduces losses and helps establish flux; material permeability is critical.)
• Las pérdidas en el núcleo se componen principalmente de histéresis (magnetización cíclica) y corrientes parásitas o de Foucault en las chapas. (Core losses mainly include hysteresis (cyclic magnetization) and eddy currents (Foucault currents) in the laminations.)
• Las pérdidas del transformador se agrupan en pérdidas en vacío (del núcleo) y pérdidas en carga (devanados y efectos asociados). (Transformer losses are grouped into no-load losses (core) and load losses (windings and associated effects).)
• Las pérdidas en carga incluyen pérdidas I²R en los devanados y pérdidas por corrientes parásitas en conductores; los armónicos aumentan estas pérdidas. (Load losses include I²R winding losses and conductor eddy losses; harmonics can increase these losses.)
• En sistemas trifásicos, las conexiones típicas son estrella (Y) y triángulo (Δ), con ventajas según neutro, aislamiento y equilibrio de cargas. (In three-phase systems, typical connections are wye (Y) and delta (Δ), with advantages depending on neutral, insulation, and load balance.)
• Existen configuraciones especiales como delta abierto (open-delta), conexión T/Scott y zigzag, usadas para continuidad de servicio, conversión de fases y puesta a tierra. (Special configurations such as open-delta, T/Scott, and zigzag are used for service continuity, phase conversion, and grounding.)

Conceptos relacionados destacados :

• BIL (Basic Impulse Level) – (nivel básico de impulso). Prueba de rigidez dieléctrica aplicada a transformadores. Se determina aplicando una tensión de onda cuadrada de alta frecuencia con frente de subida pronunciado entre los devanados y entre los devanados y tierra. Indica el máximo nivel de tensión en kV que el transformador puede soportar sin que se produzca ruptura del aislamiento. El valor estándar NEMA es 10 kV.
• exciting current – (corriente de excitación). Corriente en amperios necesaria para magnetizar el transformador. Consta de dos componentes: (1) componente real asociada a pérdidas en vacío y (2) componente reactiva expresada en kVAR. Disminuye inversamente con la potencia nominal en kVA.
• eddy-current losses – (pérdidas por corrientes parásitas). Pérdidas de energía producidas cuando un flujo magnético variable induce corrientes circulantes no deseadas en el núcleo ferromagnético del transformador.
• hysteresis losses – (pérdidas por histéresis). Pérdidas continuas de energía en el núcleo ferromagnético debidas al ciclo completo de magnetización a la frecuencia de entrada.
• insulating transformer – (transformador aislante). Transformador que proporciona aislamiento eléctrico entre el devanado primario y el secundario. También denominado transformador de aislamiento. Los autotransformadores no cumplen esta condición.
• insulation system temperature – (temperatura del sistema de aislamiento). Temperatura máxima, en grados Celsius, en el punto más caliente del devanado.
• isolating transformer – (transformador de aislamiento). Véase transformador aislante.
• shielded-winding transformer – (transformador con devanado blindado). Transformador que incorpora una pantalla metálica conductora entre el primario y el secundario para atenuar ruido transitorio.
• taps – (derivaciones). Conexiones realizadas en los devanados distintas de los terminales principales. Permiten compensar variaciones de tensión de entrada para mantener el voltaje nominal en el secundario.
• temperature rise – (elevación de temperatura). Incremento de temperatura de los devanados y del aislamiento por encima de la temperatura ambiente.
• transformer impedance – (impedancia del transformador). Característica limitadora de corriente expresada en porcentaje. Se utiliza para determinar la capacidad de interrupción del interruptor automático o fusible que protege el primario.
• transformer voltage regulation – (regulación de tensión del transformador). Diferencia porcentual entre la tensión en vacío y la tensión a plena carga. Por ejemplo, si entrega 200 V en vacío y 190 V a plena carga, la regulación es del 5 %.

(pérdida del transformador). Relación entre la potencia que se entregaría a una carga especificada si el transformador considerado se sustituyera por otro ideal y la potencia entregada por el transformador real, con la condición de que la relación de impedancia del transformador ideal sea igual a la del transformador real.

Los transformadores se construyen principalmente en dos configuraciones: tipo núcleo (core-type) y tipo acorazado (shell-type). En el tipo núcleo, los devanados primario y secundario se distribuyen sobre las columnas del núcleo laminado para reducir el flujo de dispersión. En el tipo acorazado, ambos devanados se colocan en la columna central, logrando un circuito magnético más corto y compacto. Los núcleos se fabrican con láminas de acero al silicio ensambladas para minimizar pérdidas por corrientes parásitas.

También existe el transformador de núcleo enrollado (wound-core), construido a partir de una cinta de acero al silicio enrollada en espiral. La elección del diseño depende de la aplicación, el costo y los requisitos técnicos. Pueden fabricarse en versiones secas o sumergidas en aceite para mejorar el aislamiento y la refrigeración.

Las pérdidas en transformadores se clasifican en pérdidas en el cobre (o pérdidas de carga), proporcionales a la corriente, y pérdidas en el núcleo, debidas a histéresis y corrientes parásitas. Estas últimas se reducen mediante el uso de láminas de acero al silicio. Los transformadores modernos bien diseñados alcanzan eficiencias superiores al 90 %, especialmente cuando operan cerca de su carga nominal.

(toma del transformador). Conexión accesible a un punto intermedio del devanado de un transformador con el fin, generalmente, de variar la relación de transformación.

• 1. Primario de 7,6 kV. (7.6-kV primary)
• 2. Transformador monofásico. (Single-phase transformer)
• 3. Conductor no puesto a tierra (superior). (Ungrounded conductor)
• 4. Conductor puesto a tierra (neutro). (Grounded conductor)
• 5. Conductor no puesto a tierra (inferior). (Ungrounded conductor)
• 6. Tensión de 120 V CA. (120 V AC)
• 7. Tensión de 240 V CA. (240 V AC)
• 8. Conexión de neutro central. (Center-tapped connection)
• 9. Tierra del sistema. (System ground)
• 10. Servicio eléctrico residencial 120/240 V. (120/240 V electric service)

Cambio de derivaciones (Tap Changing)

Los transformadores de subestación y distribución incorporan dispositivos de cambio de derivaciones para compensar variaciones en la tensión de línea y ajustar ligeramente la relación de transformación. Las bobinas poseen puntos intermedios (tomas) que permiten modificar el número de espiras activas, alterando así la tensión de salida. Estos ajustes suelen ser del orden de ±2,5 % o ±5 % respecto a la tensión nominal. En muchos casos, el cambio se realiza con el transformador fuera de servicio, aunque algunos modelos disponen de cambiadores de tomas externos que permiten efectuar ajustes bajo carga de manera segura.