pérdida en el núcleo

La pérdida en el núcleo es la energía disipada en forma de calor dentro del núcleo magnético de un dispositivo eléctrico, independientemente de si el dispositivo está cargado o funcionando sin carga. Ocurre en transformadores, motores eléctricos, generadores, inductores y cualquier dispositivo con un núcleo de hierro o ferrita que transporta flujo magnético alterno. Esta pérdida ocurre incluso cuando el núcleo no transporta corriente eléctrica a través de un devanado, lo que la distingue de la pérdida de cobre o pérdida I al cuadrado R en los propios conductores.

La pérdida en el núcleo tiene dos componentes principales. La pérdida por histéresis surge porque el material magnético no vuelve a la magnetización cero instantáneamente cuando el campo se invierte; la energía se absorbe al empujar el material alrededor de su curva de magnetización, y esta energía se convierte en calor. La pérdida por corrientes de Foucault ocurre porque el flujo magnético cambiante induce pequeñas corrientes circulares dentro del propio material del núcleo, y estas corrientes disipan energía en la resistencia del hierro o la ferrita. A frecuencias más altas, las corrientes de Foucault dominan; a frecuencias más bajas, la histéresis suele contribuir más.

Medición y gestión de la pérdida en el núcleo

La pérdida en el núcleo se mide en vatios por kilogramo o vatios por metro cúbico de material del núcleo, y aumenta aproximadamente con el cuadrado de la densidad de flujo magnético y la frecuencia de operación. Un núcleo de transformador de 50 Hz pierde menos que un núcleo de 400 Hz hecho del mismo material a la misma densidad de flujo. Los fabricantes reducen la pérdida en el núcleo utilizando materiales con alta permeabilidad y baja coercitividad, laminando el núcleo (apilando láminas delgadas separadas por aislamiento para bloquear las corrientes de Foucault), recociendo el material para mejorar sus propiedades magnéticas y controlando la densidad de flujo mediante la geometría del núcleo y el diseño del devanado.

La pérdida en el núcleo no depende de la carga, por lo que representa una penalización fija en la eficiencia. En un transformador de potencia grande clasificado para 10 MVA, la pérdida en el núcleo podría consumir de 15 a 20 kW continuamente, lo que aumenta el costo operativo durante la vida útil del dispositivo. En la maquinaria rotativa, la pérdida en el núcleo genera calor que debe eliminarse mediante conductos de enfriamiento o circulación de ventilador. Una laminación deficiente del núcleo, un sobreflujo debido a una sobretensión o un daño al aislamiento entre las laminaciones pueden elevar la pérdida en el núcleo significativamente por encima de los valores nominales.

El término refleja la ubicación de la pérdida más que su causa. El núcleo es la trayectoria magnética, típicamente hierro o acero al silicio en equipos de potencia o níquel-hierro en inductores de precisión. Comprender la pérdida en el núcleo es esencial al comparar las eficiencias de los transformadores, diseñar especificaciones de ruido y térmicas para motores, o seleccionar materiales para circuitos de conversión de potencia de alta frecuencia donde la pérdida por corrientes de Foucault puede volverse dominante.