¿Puede el transformador de tipo seco de aleación amorfa reducir los costos de enfriamiento del edificio?

Una pregunta crítica que gana tracción entre los gerentes de instalaciones e ingenieros de construcción es si el material central dentro de un transformador de tipo seco puede afectar significativamente el consumo de energía de enfriamiento. Específicamente, la adopción de núcleos de aleación amorfos en lugar del acero tradicional de silicio orientado al grano (CRGO) está bajo escrutinio por su potencial para reducir los costos operativos, particularmente aquellos asociados con las salas eléctricas de enfriamiento.

El núcleo del asunto: pérdidas y calor

Todos los transformadores generan inherentemente calor durante la operación debido a pérdidas de núcleo (pérdidas de hierro) y pérdidas de bobina (pérdidas de cobre). Mientras que las pérdidas de cobre varían con la carga, las pérdidas de núcleo están influenciadas principalmente por las propiedades magnéticas del material del núcleo en sí y están presentes cada vez que el transformador está energizado, independientemente del nivel de carga.

Núcleo de CRGO estándar: utilice acero cristalino altamente orientado, que ofrece buenas propiedades magnéticas pero pérdidas inherentes debido al movimiento del dominio magnético y las corrientes de remolino.
Núcleos de metal amorfo: construidos a partir de aleaciones enfriadas tan rápido que su estructura atómica permanece no cristalina o "amorfa". Esta estructura desordenada reduce significativamente la energía requerida para magnetizar y desmagnetizar el núcleo.
El resultado: pérdidas sin carga dramáticamente más bajas

La ventaja clave de las aleaciones amorfas se encuentra en su pérdida de histéresis excepcionalmente baja. Los estudios independientes y los datos del fabricante muestran constantemente que los transformadores de núcleo amorfo pueden lograr pérdidas sin carga aproximadamente 60-70% más bajas que los transformadores equivalentes utilizando núcleos de CrGO de alta eficiencia.

Impacto en los costos de enfriamiento

Esta reducción sustancial en las pérdidas sin carga se traduce directamente en menos calor de residuos generado dentro del transformador:

Temperatura interna más baja: los transformadores de núcleo amorfo funcionan a temperaturas centrales significativamente más frías en comparación con las unidades de CRGO.
Disipación de calor reducido: se libera menos energía térmica en el entorno de la sala eléctrica circundante.
Disminución de la carga de HVAC: la carga de calor reducida alivia la carga del sistema HVAC del edificio responsable de enfriar la sala eléctrica. Esto puede conducir a:
Tiempo de ejecución reducido para equipos de enfriamiento existentes.
La reducción potencial de la capacidad de enfriamiento para nuevas instalaciones.
Un menor consumo de electricidad por enfriadores o unidades de aire acondicionado dedicadas al espacio de la sala eléctrica.
Cuantificación de los ahorros potenciales

La reducción real del costo de enfriamiento depende en gran medida de varios factores:

Tamaño y carga del transformador: los transformadores más grandes y los que funcionan más cerca de la carga completa generan más calor total, lo que hace que el impacto relativo de las pérdidas sin carga más bajas complejas.
Clima: los edificios en climas más cálidos con mayores demandas de enfriamiento verán un beneficio más pronunciado de la reducción de la disipación de calor.
Diseño de la sala eléctrica: las habitaciones confinadas con ventilación limitada o altas temperaturas ambientales se benefician más.
Costos de electricidad local: las tasas de electricidad más altas amplifican el valor del consumo reducido de HVAC.
Si bien los estudios de casos variables y los modelos de energía indican que en los entornos donde el enfriamiento de la sala eléctrica es un factor significativo, los transformadores amorfos pueden contribuir a costos de energía anuales de enfriamiento mediosamente más bajos. Los ahorros directamente atribuibles a la salida de calor del transformador reducido pueden ser un componente significativo de los ahorros operativos generales ofrecidos por estas unidades.

Más allá de la enfriamiento: la imagen de eficiencia holística

El principal impulsor para adoptar transformadores de núcleo amorfo sigue siendo su eficiencia energética superior, lo que lleva a reducciones sustanciales en el consumo de electricidad del transformador (pérdidas de núcleo reducidas). Los costos de enfriamiento reducidos son un valioso beneficio secundario, mejorando la propuesta de costo total de propiedad (TCO). Sin embargo, es crucial evaluar esto dentro del contexto de:

Mayor costo inicial: los transformadores amorfos generalmente tienen una prima de precio de compra sobre las unidades de CRGO estándar.
Tamaño físico ligeramente mayor: los núcleos amorfos pueden ser más voluminales.
Ahorro total de energía: los ahorros combinados del consumo de electricidad directa (pérdidas más bajas) más los costos de enfriamiento reducidos deben analizarse con la inversión inicial más alta para determinar la recuperación y el ROI.