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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA
DE MEXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES
ARAGÓN
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO MECANICO 
ELECTRICISTA
P R E S E N T A :
MIGUEL ANGEL BEDOLLA RUIZ
BOSQUES DE ARAGON, ESTADO DE MEXICO 2006
DESARROLLO DE UN PROGRAMA PARA EL DIAGNÓSTICO 
DE FALLA EN TRANSFORMADORES DE POTENCIA POR EL 
MÉTODO DE ANÁLISIS DE GASES DISUELTOS DEL 
TRIANGULO DE DUVAL
ASESOR: 
ING. RAÚL CRUZ ARRIETA
 
 
 
 
 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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AGRADECIMIENTOS 
 
 
A Dios 
 
Por permitirme llegar a uno de los momentos más gratificantes de 
mi vida. 
 
A mi esposa Liliana 
 
Por apoyarme en todo momento, no dejarme flaquear e impulsarme 
a salir adelante a pesar de las adversidades y sobre todo por creer en 
mí. Gracias por darme la satisfacción de ser padre. 
 
A mi hijo 
 
Espero verte pronto y que algún día, cuando leas esto, tengas un 
motivo para luchar por lo que quieres y salir adelante. Tú eres el 
motor que necesito para seguir adelante. 
 
A mis padres 
 
Que siempre estuvieron ahí para brindarme su apoyo y compartir 
mis fracasos y alegrías. Gracias por brindarme siempre su apoyo 
incondicional y hacerme saber que siempre podía contar con su 
apoyo. 
 
A mis hermanos 
 
Por creer en mi, en su interés en mi y en lo que hago y he logrado. 
 
A Raúl 
 
Por enseñarme que el camino hacia el éxito solo se logra con 
sacrificios y tenacidad. 
 
 
 
 
 
A mis profesores 
 
A todos y cada uno de ellos que me apoyaron y motivaron en los 
momentos mas difíciles de mi carrera profesional. 
 
A Lorena 
 
Por apoyarme en todo momento en este largo camino y creer en la 
amistad verdadera y duradera. 
 
A Yadira y Luis 
 
Por saber que cuento con ustedes en todo momento y enseñarme que 
existe la competencia sana. 
 
A la universidad 
 
Por los valores universales que en mi ha formado y que me ha 
ayudado a salir adelante. Mi universidad ¡COMO NO TE VOY A 
QUERER...! 
 
A todos y cada uno de los que me apoyaron en todo momento en este 
gran logro. 
 
 
 
INDICE 
 
JUSTIFICACIÓN......................................................................................................1 
OBJETIVOS……………………………….............................................................….2 
INTRODUCCIÓN……………………………………………………...……………...…..3 
 
CAPÍTULO 1 
CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE TRANSFORMADORES……………………...….5 
1.1 Desarrollo del transformador…………………………….………….……………....5 
1.2 Redes de transmisión y distribución………………………………………………..6 
1.3 Consideraciones en la elección de un transformador…………………………….9 
1.4 La construcción y diseño del transformador……………………………………...10 
1.5 Cambio en la relación de transformación…………………………………………20 
1.6 Conductores eléctricos……………………………………………………………...20 
1.7 Clasificación de los materiales aislantes………………………………………….21 
1.8 Temperatura………………………………………………………………………….23 
1.9 Métodos de enfriamiento de los transformadores de potencia…………………28 
1.10 Disposición de símbolos……………………………………………………....…..31 
1.11 Naturaleza del aceite en los transformadores…………………………………..33 
1.12 Monitoreo de los transformadores…………………………………………....….36 
1.13 Medidas de concentración de gases…………………………………………….41 
1.14 Pasos para el análisis de gases disueltos………………………………………41 
 
CAPÍTULO 2 
MÉTODOS DE ANÁLISIS DE GASES DISUELTOS (AGD)……………………….43 
2.1 Procedimientos sobre AGD………………………………………………………...42 
2.2 Procedimiento de toma de muestra……………………………………………….42 
2.3 Identificación de las muestras………………………………………………...…...48 
2.4 Embalaje de las muestras………………………………………………………….48 
2.5 Cromatografía gaseosa………………………………………………………...…..49 
2.6 Concentración de gases……………………………………………………………53 
2.7 Contenido de celulosa………………………………………………………………55 
2.8 Estudio del tema...............................................................................................55 
2.9 AGD..................................................................................................................56 
2.9.1 Desarrollo del AGD........................................................................................56 
2.10 Correlación de gases......................................................................................58 
2.11 Desgasificación...............................................................................................59 
2.12 Métodos de diagnóstico utilizando AGD.........................................................60 
2.12.1 Diagnóstico del transformador usando las concentraciónes individuales y 
totales de gases clave disueltos.............................................................................60 
2.12.2 Límites de concentración de gases disueltos..............................................65 
2.12.3 Límites absolutos de Dörnenberg y Strittmater...........................................65 
2.12.4 Gráfica de relaciones logarítmicas de Dörnenberg.....................................66 
2.12.5 Código de Rogers........................................................................................67 
2.12.6 Método nomográfico....................................................................................69 
 
CAPÍTULO 3 
MÉTODO DEL TRIANGULO DE DUVAL..............................................................75 
3.1 Origen del triangulo de Duval...........................................................................75 
3.2 Desarrollo del método de Duval.......................................................................75 
3.3 Ventajas y desventajas del método de Duval..................................................78 
3.4 Ejemplos de aplicación y comprobación del triangulo de Duval......................79 
 
CAPÍTULO 4 
APLICACIÓN DEL PROGRAMA DEL TRIANGULO DE DUVAL.......................101 
4.1 Programa del triangulo de Duval....................................................................101 
4.2 Código….........................................................................................................101 
 
CONCLUSIÓN......................................................................................................107 
 
BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................108 
 
 
JUSTIFICACIÓN 
 
 
 
 
 
 
La justificación que tiene este trabajo es el demostrar como pueden 
conjuntarse varias ramas interdisciplinarias del conocimiento para lograr un 
objetivo en particular, como es el caso del análisis de falla en los transformadores 
de potencia, las cuales dependen de propiedades térmicas, eléctricas, mecánicas 
y químicas. 
 
El desarrollar un estudio de este tema en conjunto con un programa del 
mismo, nos permite como aragoneses tener conocimiento acerca de una de las 
principales herramientas en el diagnostico de fallas de un transformador de 
potencia inmerso en aceite. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 1
 
 
OBJETIVOS 
 
 
 
En el presente trabajo se pretende desarrollo de un programa de análisis de 
falla en transformadores de potencia por el método de análisis de gases disueltos 
(AGD) utilizandoel triángulo de Duval, es una aportación visual que permite 
determinar las posibles fallas incipientes en el transformador a diagnosticar. 
 
Este programa puede ser empleado por cualquier industria del ramo de 
transformadores de potencia, o por cualquier persona interesada en el tema, 
permitiendo con dicho programa el ahorro de tiempo en el diagnóstico. 
 
 
OBJETIVOS PARTICULARES 
 
 
 
a) Dejar un antecedente de cómo se realiza un análisis de diagnostico de 
falla basado en el AGD por el método de Duval. 
b) La forma en que se aborda el tema permite cumplir con un 2º objetivo, 
que consiste en proporcionar en forma condensada, los conceptos 
básicos sobre un tema tan especializado como es el de diagnósticos de 
falla por análisis de gases disueltos (AGD). 
c) Al momento de aportar a la escuela, la investigación acerca de el tema 
descrito anteriormente, pretendo cumplir con mi 3er objetivo que es el de 
obtener mi título profesional. 
 
 
 
 2
 
 
INTRODUCCIÒN 
 
Los transformadores forman una parte esencial en el sistema de transmisión 
y distribución de energía eléctrica. Sin los transformadores en estos sistemas, 
sería imposible el poder suministrar la energía eléctrica a grandes distancias; nos 
encontraríamos con la problemática de pérdidas considerables e inclusive totales 
de la energía, esto es debido a la disipación de la misma en forma de calor por la 
resistividad del conductor, es decir, la oposición del cable al paso de la corriente. 
En el caso de los transformadores utilizados para las redes de distribución, la 
energía eléctrica no podría ser utilizada por los equipos con los que vivimos en 
nuestra vida diaria, ya que en sistemas de distribución se tienen varios miles de 
volts de suministro, esto es, para evitar en gran medida las pérdidas en las redes 
de distribución. Por esta razón no tenemos la capacidad tecnológica para utilizar la 
energía eléctrica bajo estos rangos, que indudablemente, el poder utilizar estos 
voltajes en los equipos elevaría en gran medida su costo, sin considerar que estos 
voltajes son letales y sólo pueden ser operados por personal capacitado para este 
fin. Por estas razones en las redes de transmisión y distribución de energía 
eléctrica, los transformadores de potencia son imprescindibles, no es posible tener 
a grandes distancias el suministro de la energía eléctrica, salvo el tener que 
construir gran cantidad de plantas de generación de energía eléctrica para cada 
zona del país. 
 
Por ello debemos de considerar que los transformadores de potencia son 
componentes costosos, vitales y críticos en los sistemas de energía eléctrica. Por 
esta razón las compañías encargadas del suministro de energía eléctrica han 
establecido una serie de programas de diagnóstico y mantenimiento tanto 
correctivo como preventivo para el buen estado y operación confiable de los 
equipos. Sin embargo en la mayoría de los casos estos programas contemplan la 
salida de operación de los equipos, lo cual resulta en la elevación de los costos 
en el suministro. Algunas veces es necesario extraer del interior de los 
 3
 
transformadores algunos dispositivos para conocer su estado operativo. Tal es el 
caso de los cambiadores de derivación con carga. Una técnica por demás 
importante de la degradación del aceite y el aislante utilizado en los embobinados 
es la de análisis de gases disueltos. Esta técnica utiliza la separación de gases por 
cromatografía de gases para posteriormente evaluar por los métodos de análisis 
de gases el estado de degradación del aceite y papel en el transformador y por 
medio de estos determinar el estado del transformador así como las posibles fallas 
que pudieran existir a causa de estos parámetros. 
 
En el primer capítulo se trataran los conceptos básicos de los 
transformadores, su funcionamiento, partes y componentes, así como algunos 
detallas físicos y químicos de los aceites y del aislante celulósico, para 
comprender un poco más el funcionamiento y operación del mismo 
 
En el segundo capitulo trataremos la toma de la muestra de aceite así como 
los problemas derivados del transporte y almacenaje, su estudio y separación y los 
diferentes métodos de análisis de gases disueltos en aceite (AGD), así como una 
breve descripción de los mismos 
 
En el siguiente capítulo se describe con detalle el AGD por el método del 
triangulo de Duval; se desarrollarán algunos problemas reales así como una 
comparación del método de Duval con el método nomografico. 
 
En el último capítulo se muestra el código del programa así como cada una 
de sus partes y se imprimen los datos del programa basados en los problemas 
utilizados en el capítulo anterior. 
 
Estas herramientas en combinación con un programa de mantenimiento, nos 
ofrecen una serie de herramientas para tener en buen estado los transformadores, 
poder detectar posibles fallas internas y diagnosticar condiciones anormales de 
operación. 
 4
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
CAPÍTULO 1 
CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE 
TRANSFORMADORES 
 
1.1 Desarrollo del transformador. 
 
El desarrollo tecnológico no puede ser concebido sin la existencia de equipos 
capaces de transmitir la energía eléctrica desde lugares muy lejanos. Son 
necesarios también equipos que nos permitan distribuir esta energía eléctrica a 
todo usuario que la requiera. 
 
Cabe recordar que en los principios de utilización de la energía energía 
eléctrica, esta era operada como energía eléctrica de corriente directa. Sin 
embargo este tipo de energía no era posible trasladarla a lugares muy lejanos, 
debido a las pérdidas por resistencia eléctrica. Por esta razón esta energía era 
utilizada en lugares cercanos al lugar de generación; usándose primeramente para 
sistemas pequeños de iluminación. 
 
Sin embargo estudios posteriores evidenciaron que era posible obtener otro 
tipo de energía eléctrica denominada alterna, dándose una pugna entre las 
ventajas de cada una de estas. Los avances tecnológicos pusieron en manifiesto 
una de las ventajas más importantes de la energía eléctrica de corriente alterna si 
no la más importante; se descubrió que los conductores oponían menor 
resistencia a la circulación de el voltaje mientras este aumentaba su valor y solo la 
corriente alterna puede ser transformada a un mayor voltaje. 
 
Con este avance se pudo observar las ventajas de este tipo de energía, sin 
embargo surge otro problema. ¿Cómo poder reducir estos voltajes para poder ser 
utilizados por los usuarios finales? Este problema fue resuelto de manera similar a 
la elevación del voltaje. Si existía un equipo que pudiese elevar los valores del 
 5
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
voltaje debía de existir un dispositivo capaz de reducir los valores del voltaje a 
condiciones próximas a las de generación. Este dispositivo no fue más que el 
mismo principio del de elevación de voltaje, el uso de los transformadores. 
 
1.2 Redes de transmisión y distribución 
 
Actualmente las industrias eléctricas transmiten energía a largas distancias, 
por lo que se requieren una serie de transformadores para su transmisión y 
distribución hasta los usuarios finales. Como podemos ver en la figura 1.1, se 
requieren primeramente transformadores de elevación de voltaje, para poder 
transmitirlo a lugares lejanos. Al llegar a áreas cercanas a las de consumo, se 
utilizan transformadores de reducción de voltaje. En las subestaciones parte de 
esta energía pasa por transformadores de distribución para que esta llegue a los 
consumidores residenciales o rurales y otra parte es utilizada por consumidores 
industriales,los cuales cuentan con subestaciones eléctricas para la reducción de 
voltaje y distribución del mismo dentro de los complejos industriales. 
 
 
 
 
 6
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
 
 
Figura 1.1 Generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica. Nótese los 
transformadores así como los voltajes normalmente utilizados.1
 
Como se puede observar en la figura anterior el transformador es un 
elemento de suma importancia en las redes eléctricas y lo podemos definir como 
una máquina eléctrica estática, con todas sus partes fijas. Es un dispositivo 
eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas 
más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) 
aprovechando el efecto de inducción entre ellas. Esta máquina convierte la 
energía eléctrica de un cierto valor de voltaje, a otra energía eléctrica de mayor, 
menor o igual valor de voltaje. Este cambio de energía lo realiza bajo la acción de 
campos magnéticos. 
 
 
1 Tesis “Análisis del diseño mecanico de un transformador electrico de potencia”. Lujano Castillo Luis Manuel. FES Aragón UNAM. 
2005. 
 7
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
El transformador está constituido básicamente de dos conductores arrollados 
alrededor de un núcleo de material ferromagnético, encontrándose o no aislados 
cada uno de los conductores. El conductor que recibe la energía eléctrica recibe el 
nombre de arrollamiento de entrada pudiendo ser este de alta o baja tensión . El 
conductor que transforma le energía eléctrica en otra de distinto voltaje recibe el 
nombre de arrollamiento de salida; así cada uno de los lados donde se encuentran 
los bornes de los arrollamientos pueden designarse como lados de entrada y de 
salida (para arrollamientos de entrada y salida respectivamente). 
 
El arrollamiento de cada uno de los conductores se encuentra rodeando una 
misma columna correspondiente al núcleo de hierro. La importancia de la 
constitución del núcleo radica en que el hierro tiene una gran permeabilidad, es 
decir, conduce bien el flujo magnético. 
 
El núcleo del transformador se puede definir de las siguientes maneras: 
 
1. Es la parte por la cuál se realiza el flujo magnético siguiendo 
un circuito preestablecido de una columna a otra. 
2. Mecánicamente es la parte en la cuál se encuentran fijos los 
devanados. 
 
En la actualidad los sistemas de generación y distribución se realizan a través 
de sistemas trifásicos de corriente alterna. Por esta razón los transformadores 
para sistemas trifásicos pueden construirse utilizando tres transformadores 
monofásicos y conectarlos en un grupo trifásico o bien con un transformador 
trifásico, que consiste en tres juegos de devanados enrollados sobre un núcleo 
común.1
 
 
 
 
1 Nota.- En transformadores de alta tensión se utilizan normalmente los transformadores monofásicos, esto es debido a las grandes 
dimensiones que tendría un transformador trifásico y la problemática en el transporte y peso del mismo. 
 8
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
1.3 Consideraciones en la elección de un transformador. 
 
Al elegir acertadamente el tipo de transformador, así como sus 
características, debemos tener en cuenta que podemos tener un aumento de 
consumo de energía eléctrica a mediano o largo plazo, pudiendo ser estos por un 
crecimiento en los equipos y dispositivos que el transformador alimenta. Algunas 
de las consideraciones para poder elegir un transformador son las siguientes: 
 
I. Operación del transformador.- El objetivo que va a cumplir el 
transformador en el sistema eléctrico. 
II. Potencia.- La potencia del transformador va a estar determinada por 
la carga que vamos a instalar y la perspectiva futura. 
III. Cantidad.- La cantidad de transformadores que se van a utilizar, ya 
que para obtener una misma potencia se pueden utilizar 1, 2 o más 
transformadores, dependiendo de los costos de los mismos. 
IV. Taps.- Las derivaciones en el devanado primario y secundario para 
disminuir las caídas de tensión. 
V. Tensión del primario y secundario.- Las tensiones disponibles por los 
fabricantes y los cambios de taps del transformador. 
VI. Aspectos constructivos.- Estos son: la disponibilidad de taps, la 
instalación (intemperie, bajo techo, etc.), Protecciones (incorporadas: 
presión temperatura, etc), refrigeración, componentes de montaje. 
VII. Mantenimiento del transformador.- Además de observar 
periódicamente las condiciones generales del transformador y de su 
funcionamiento, se deben controlar periódicamente los parámetros y los 
elementos. 
VIII. Temperatura.- Referido a las condiciones de temperatura ambiente y 
del líquido refrigerante utilizado o recomendado por el fabricante para que 
el transformador opere en sus condiciones óptimas de trabajo. 
IX. Costo.- Actualmente este punto es de suma importancia (quizá en 
algunos casos el más importante). Existen una gran variedad de 
 9
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
transformadores, así como de fabricantes que nos ofrecen equipos con las 
características necesarias para nuestro fin. 
 
1.4 La construcción y diseño del transformador. 
 
Dos de las partes más importantes en el diseño de un transformador son sus 
devanados y su núcleo magnético; estas partes se encuentran relacionadas con 
otras como las mecánicas para su soporte y/o conexión, sistemas de protección, 
de aislamiento, de refrigeración, de medición, etc. Existen diversos criterios para la 
clasificación de los transformadores, ya sea por su uso, su tipo de núcleo, su lugar 
de trabajo, por su potencia, entre muchos otros. 
 
Construcción del núcleo. 
El núcleo magnético se encuentra formado por laminas delgadas de acero, 
acomodadas en la forma y dimensiones requeridas, que contiene pequeñas 
cantidades de silicio (alrededor del 4%), denominadas “laminaciones magnéticas”; 
estas laminaciones tienen la propiedad de tener pérdidas relativamente bajas por 
efecto de histéresis y de corrientes circulantes. 
 
En el caso de transformadores de gran potencia, se usan las llamadas 
“laminaciones de cristal orientado” cuyo espesor es de algunos milímetros y 
contienen entre 3% y 4% de silicio, se obtienen de material laminado en caliente, 
después se hace el laminado en frío, dando un tratamiento térmico final a la 
superficie de las mismas. Este tipo de laminación cuando se sujetan al flujo en la 
dirección de las laminaciones, presentan propiedades magnéticas mejores que la 
laminación “normal” de acero al silicio usada para otro tipo de transformadores. 
 
Elementos de los núcleos de transformadores. 
En los núcleos magnéticos de los transformadores tipo columna se distinguen 
dos partes principales: “las columnas” o piernas y los “yugos”. En las columnas se 
 10
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
alojan los devanados y los yugos unen entre si la las columnas para cerrar el 
circuito magnético. 
 
Debido a que las bobinas se deben montar bajo un cierto procedimiento y 
desmontar cuando sea necesario por trabajos de mantenimiento, los núcleos que 
cierran el circuito magnético, deben terminar al mismo nivel en la parte que está 
en contacto con los yugos, o bien con salientes. En ambos casos los núcleos se 
arman con “juegos” de laminaciones para columnas y yugos que se arman por 
capas de arreglos “pares” e “impares”. 
 
Cuando se emplean laminaciones de cristal orientado, es necesario que las 
uniones entre yugos y columnas se realicen con cortes inclinados para evitar 
trayectorias transversalesde las líneas de flujo respecto a tales direcciones. 
 
Cuando se han armado los niveles a base de juegos de laminaciones 
colocadas en “pares” e “impares” el núcleo se sujeta usando tornillos opresores y 
separa por medio de los tornillos tensores. 
 
En cuanto a los Yugos, se refiere, no estando vinculados estos con los 
devanados, pueden ser, entonces, rectangulares, aún cuando pueden tener 
también escalones para mejorar el enfriamiento. 
 
Tipos de núcleos. 
Como se ha mencionado con anterioridad, los núcleos para transformadores 
se agrupan básicamente en las siguientes categorías: 
 
- Tipo columnas (large core). 
- Tipo acorazado (shell). 
 
Existen distintos tipos de núcleos tipos columna, que está caracterizados por 
la posición relativa de las columnas y de los yugos. En cuanto al núcleo 
 11
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
monofásico, se tienen dos columnas unidas en las partes inferior y superior por 
medio de un yugo, en cada una de estas columnas se encuentran incrustados la 
mitad del devanado primario y la mitad del devanados secundario. En el núcleo 
trifásico se tienen tres columnas dispuestas sobre el mismo plano unidas en sus 
partes inferior y superior por medio de yugos. Sobre cada columna se incrustan los 
devanados primario y secundario de una fase. Las corrientes magnéticas de las 
tres fases son distintas entre sí, debido principalmente a que el circuito magnético 
de las columnas externas es más largo que el correspondiente a la columna 
central. La corriente magnética de las tres fases son distintas entre sí, debido 
principalmente que el circuito magnético de las columnas externas es más largo 
que el correspondiente a la columna central. Este desequilibrio se da, tomando en 
cuenta que la corriente de vacío es bastante baja y tiene influencia solamente para 
las condiciones de operación en vacío. El tipo de núcleo acorazado, tiene la 
ventaja con respecto al llamado tipo columna, de reducir la dispersión magnética, 
su uso es más común en los transformadores monofásicos. En el núcleo 
acorazado, los devanados se localizan sobre la columna central, y cuando se trata 
de transformadores pequeños, las laminaciones se hacen en troqueles. Las 
formas de construcción pueden ser distintas y varían de acuerdo con la potencia. 
El transformador de tipo acorazado es el más utilizado para altas potencias. Esto 
es debido a que los embobinados pueden colocarse uno dentro del otro, logrando 
así una reducción en el volumen del transformador. 
 
Herrajes o armadura. 
Como se ha mencionado antes, los núcleos de los transformadores tienen 
partes que cumplen con funciones puramente mecánicas de sujeción de las 
laminaciones y estructuras, estas partes o elementos se conocen como “herrajes” 
o armadura y se complementan con componentes como fibra de vidrio o madera 
para protección de la sujeción de los yugos. 
 
 
 
 12
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Devanados. 
Los devanados de los transformadores se pueden clasificar básicamente en 
baja y alta tensión, esta distinción es de tipo global y tiene importancia para los 
propósitos de la realización práctica de los devanados debido a que los criterios 
constructivos para la realización de los devanados de baja tensión, son distintos 
de los usados para los devanados de alta tensión. 
 
Para los fines constructivos, no tiene ninguna importancia la función de un 
devanado, es decir, que sea primario o el secundario, importa solo la tensión para 
la cual debe ser previsto. 
 
Otra clasificación de los devanados se puede hacer con relación a la potencia 
del transformador, para tal fin existen devanados para transformadores de baja 
potencia, por ejemplo de 1000 a 2000 VA y para transformadores de media y gran 
potencia. Los devanados para transformadores de pequeña potencia son los más 
fáciles de realizar. 
 
En este tipo de transformadores los devanados primario y secundario son 
concéntricos y bobinado sobre un soporte aislante único. Por lo general, se usan 
conductores de cobre esmaltado, devanados en espiral y con capas sobrepuestas. 
Por lo general, el devanado de menor tensión se instala más cerca del núcleo 
interponiendo un cilindro de papel aislante y mediante separadores, se instala en 
forma concéntrica el devanado de tensión mayor. Los extremos de los devanados 
(denominados también principio y final del devanador) se protegen con aislante de 
forma de tubo conocido como “spaguetti”. 
 
Los devanados de baja tensión están constituidos por lo general, de una sola 
espiral (algunas veces en dos o tres capas sobrepuestas), con alambres 
rectangular aislado. El conductor se usa generalmente para potencia pequeñas y 
tiene diámetros no superiores a 3 o 3.5 mm. El aislamiento de los conductores, 
cuando son cilíndricos, puede ser de algodón o de papel, más raramente 
 13
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
conductor esmaltado en el caso que los transformadores que no sean enfriados 
por aceite. Los devanados de alta tensión, tiene en comparación con los de baja 
tensión, muchas espiras, y la corriente que circula por ellos, es relativamente baja, 
por lo que son de conductor de cobre de sección circular con diámetro de 2.5 a 3.0 
mm. 
 
Para transformadores de mediana y gran potencia, se recurre al uso de placa 
o solera de cobre aislada, el aislamiento es por lo general de papel. En el caso de 
que las corrientes que transporte el devanado sean elevadas ya sea por facilidad 
de manipulación en la construcción o bien para reducir las corrientes parásitas, se 
puede construir el devanado con más de una solera o placa en paralelo. 
 
Con respecto a las características constructivas, se tienen variantes de 
fabricante a fabricante, hay básicamente dos tipos, el llamado “tipo bobina” 
formados de varias capas de conductores, estas bobinas tienen forma discoidal, 
estas bobinas se conectan, por lo general, en serie para dar el número total de 
espiras de una fase. El otro tipo es el llamado “de capas” constituido por una sola 
bobina con varias capas, esta bobina es de longitud equivalente a las varias 
bobinas discoidales que constituirían el devanado equivalente, por lo general, el 
número de espiras por capa en este tipo de devanado, es superior al constituido 
de varias bobinas discoidales. 
 Como aspectos generales, se puede decir que el primer tipo (bobinas 
discoidales), da mayor facilidad de enfriamiento e impregnarse de aceite, debido a 
que dispone de canales de circulación más numerosos, también tiene la ventaja 
de que requiere de conductores de menor diámetro equivalente al otro tipo, da 
mayor facilidad constructiva. Tiene la desventaja de ser más tardado en su 
construcción. 
 
Las bobinas discoidales se conocen también como “tipo galleta” en algunos 
casos, se forman cada una, de un cierto número de conductores dispuestos en 
capas y aisladas estas capas entre sí por papel aislante, cada bobina al terminar 
 14
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
se “amarra” con cinta de lino o algodón para darle consistencia mecánica y 
posteriormente se les da un baño de barniz y se hornean a una cierta temperatura, 
con lo cual adquiere la rigidez mecánica necesaria. Cada bobina, está diseñada 
para tener una tensión no superior a 1000-1500 volts, por lo que para dar la 
tensión necesaria para una fase, se deben colocar varias bobinas en serie. 
 
Disposición de los devanados. 
La disposición de los devanados en los transformadores, debe ser hecha de 
tal forma, que se concilien en la mejor forma las dos exigencias que son 
contrastantes entre sí, del aislamiento y de la menor dispersión del flujo. La 
primera requiere de la mayor separaciónentre devanados, en tanto que la 
segunda, requiere que el primario se encuentre los más cercano posible del 
secundario,. En la práctica, se alcanza una solución conveniente del problema con 
la disposición de los devanados dentro de los siguientes tipos: 
 
Ø Concéntrico. 
Ø Concéntrico doble. 
Ø Alternado. 
 
 En el tipo concéntrico, cada uno de los devanados está distribuido a lo largo 
de toda la columna, el devanado de tensión más baja se encuentra en la parte 
interna (más cercana al núcleo) y aislado del núcleo, y el de tensión más elevada, 
por medio de tubos aislantes (cartón baquelizado, baquelita, etc.). 
 
En la disposición de concéntrico doble, el devanado de tensión más baja se 
divide en dos mitades dispuestas respectivamente al interior y al exterior uno de 
otro. 
 
En el llamado tipo alternado, los dos devanados están subdivididos cada uno 
en un número de bobinas que están dispuestas en las columnas en forma 
alternada. 
 15
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
 
La consideraciones que orientan desde el punto de vista de diseño, la 
disposición de los devanados, son aquellos referentes al enfriamiento, el 
aislamiento, la reactancia de dispersión y a los esfuerzos mecánicos. 
 
Con relación a los aislamientos, la solución más conveniente la representa el 
tipo concéntrico simple, porque requiere de una sola capa aislante entre los dos 
devanados, por lo que esta disposición es ventajosa en el caso de tensiones 
elevadas. 
 
El llamado concéntrico doble tiene la prerrogativa de dar lugar a la reactancia 
de dispersión con valor de alrededor de la mitad de aquel relativo al concéntrico 
simple. El tipo alternado, en cambio, permite variar tales reactancias, repartiendo 
en forma distinta las posiciones de las bobinas de los dos devanados; para los 
esfuerzo mecánicos son mejor las disposiciones de tipo alternado, pues permite 
que el transformador soporte mejor los esfuerzos mecánicos. 
 
 Construcción de los devanados. 
Como se indicó anteriormente, los conductores usados para la construcción 
de los devanados, pueden ser de alambre circular (como un diámetro 
comprendida entre 0.2 y 0.4 mm) o bien solera de distintas medidas. 
 
 Según sea el tipo de las espiras de las bobinas, se pueden construir en dos 
formas. 
 
Ø Helicoidal continua. 
Ø Con bobinas separadas (discoidales). 
 
Las bobinas helicoidales se hacen, por lo general, cuando el conductor 
empleado es de solera, lo único que se debe tener cuidado es en la forma del 
aislamiento con respecto al núcleo y eventualmente su constitución mecánica. 
 16
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Este tipo de construcción tiene cierto tipo de limitaciones, en cuanto al aislamiento 
se refiere, aún cuando se puede construir en varias capas, por lo que su práctica 
se limita a los devanados de baja tensión. La construcción de bobinas discoidales 
(para devanados con bobinas separadas), generalmente se hace con el mismo 
número de espiras por bobinas y de capas se hace de manera que se limite la 
tensión máxima entre espiras de capas adyacentes a una valor entre 200 y 300 
volts, con esto se espera que en general, y sólo en casos excepcionales, el voltaje 
por bobina sea cuando mucho 1000 volts entre capas separadas por papel 
aislante. 
 
Con relación a la posición de los devanados, los transformadores son de dos 
tipos: de devanados concéntricos y devanados alternados. En el caso de los 
transformadores con devanados concéntricos, estos, los devanados primario y 
secundario, son completamente distintos y se encuentran montados uno dentro 
del otro sobre el núcleo, estando, por razones de aislamiento, principalmente el 
devanado de menor voltaje más cerca del núcleo. 
En transformadores de mayor potencia, se puede dividir el devanado de bajo 
voltaje en dos partes, de manera que uno quede cercano al núcleo y el otro se 
coloque sobre el devanado de alta tensión, es decir, en un doble concéntrico. La 
disposición de los devanados concéntrica, es la que tiene un mayor campo de 
aplicación. 
 
Cualquiera que sea el tipo de devanado, la construcción de las bobinas se 
hace normalmente sobre moldes de madera o metálicos montados sobre 
bobinadoras o devanadoras cuyo tipo es distinto, dependiendo principalmente del 
tamaño de bobinas por construir. En el caso de bobinas para transformadores 
pequeños, que se pueden hacer en talleres de bobinado, estas bobinas son de 
tipo manual, y eventualmente se pueden llegar a usar tornos. 
 
Cuando se termina de devanar una bobina, antes de su montaje se le debe 
dar un tratamiento como secarla en vacío para quitar posibles restos de humedad, 
 17
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
y también un proceso de impregnación de barniz aislante y horneado a una 
temperatura que depende del tipo de barniz y cuyo objetivo es dar consistencia 
mecánica. 
 
Aislamiento externo de los devanados. 
Los materiales aislantes para el bobinado, o para colocar entre capas, son: 
papel barnizado, fibra, micanita, cinta impregnada, algodón impregnado, etc., para 
transformadores con bobinados al aire, y para los sumergidos en baños de aceite, 
se utilizan los mismos materiales sin impregnarse; debe evitarse el uso del caucho 
en los transformadores en baño de aceite, pues este lo ataca, y tiene efectos 
nocivos también sobre la micanita y aun sobre los barnices. Las piezas 
separadoras entre bobinados, secciones, o entre estas y el núcleo pueden ser de 
madera, previamente cocida en aceite, aunque actualmente se prefieren los 
materiales duros a base de papel o similares (pertinax, etc.). Si se usa madera, no 
debe interpretarse como que se dispone de aislación, sino solamente de un 
separador. 
 
Conexiones de los devanados. 
Cuando se construye un devanado, se puede bobinar en el sentido a la 
derecha o a la izquierda (con respecto al sentido de las manecillas del reloj), se ha 
observado que una corriente que tiene un determinado sentido, produce un flujo 
magnético en sentido opuesto, si se tiene un devanado construido hacia la 
izquierda o un devanado hacia la derecha, esto se debe tomar en consideración, 
para evitar que con la conexiones que se realicen, se tengan flujos opuestos o 
voltajes inducidos opuestos. En general, cada fabricante adopta un sentido único 
de devanado para todas las bobinas, tanto secundarias como primarias. 
 
En los transformadores monofásicos de dos columnas, el flujo es directo y en 
sentido opuesto en las dos columnas, esto significa que debe haber una forma de 
conexión. 
 
 18
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Factor de apilamiento del Fe.
El factor de apilamiento del Fe se define como el cociente entre el área de la 
sección recta del hierro y el área de la sección recta de la pila. Este factor se 
utiliza cuando la estructura magnética esta constituida por chapas delgadas 
recortadas en forma adecuada y apretadas entre sí, el volumen de cada una de 
ellas no es igual al volumen del hierro que realmente conduce el flujo, ya que entre 
las láminas existen regiones de permeabilidad igual a la del aire, debido a la 
presencia de irregularidades o grietas en la superficie de las chapas, debido a la 
delgada capa de barniz aislante aplicado deliberadamente para evitar el contacto 
entre chapas y reducir las pérdidas por corrientes de Focault, o debido a rebabas 
en los cantos de las chapas, originadas al troquearla. Esta región conduce muy 
poco flujo debido a lo relativamente bajo de su permeabilidad; así, para tener en 
cuenta su efecto disminuyendo el volumen total de hierro, se acostumbra a 
expresar el área eficaz de la sección recta como igual al producto del áreade la 
sección recta de la pila de chapas por el factor de apilamiento. 
El factor de apilamiento se halla comprendido entre 0,95 - 0,9 para espesores 
de láminas comprendidos 0,63 - 0,35 mm. Para láminas más delgadas, de entre 
0,025 - 0,12 mm de espesor, debido a la mayor dificultad existente de sujetar 
láminas y reducir las rebabas ya que la capa aislante es proporcionalmente más 
gruesa, el factor de apilamiento se halla comprendido entre 0,4 y 0,75, pudiendo 
mejorarse mediante procedimiento de fabricación especiales. 
 
La inducción magnética en el hierro es igual, al flujo total por el producto del 
factor de apilamiento por el área de la sección recta de la pila. 
 
Factor de relleno del cobre. 
El factor de relleno del cobre se refiere al cociente entre la sección neta del 
cobre y la sección que ocupa el mismo alambre con aislamiento incluido. Este 
factor de relleno se le suele llamar Kr. 
 
 19
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
La figura muestra como ejemplo unas curvas típicas de los coeficientes de 
relleno del cobre para distintos diámetro de alambre empleados en el bobinado. 
 
 Figura 1.2 Curvas de coeficiente del relleno de cobre. 
 
1.5 Cambio en la relación de transformación. 
 
En una red de distribución, la tensión no es exactamente la misma en todos 
los puntos, debido a que la caída de tensión depende de la distancia del punto de 
alimentación y de la magnitud de la carga. Para poder emplear los 
transformadores de distribución en los distintos puntos de la red y adaptarlos a las 
variaciones de tensión, se provee uno de los devanados de un cambiador de 
derivaciones (El de alta tensión) de tal forma que se puedan aumentar o disminuir 
el número de espiras y en consecuencia, variar la relación de transformación 
dentro de límites establecidos, estos límites, normalmente son del 5%. 
 
1.6 Conductores eléctricos. 
 
Los materiales usados como conductores en los transformadores, al igual 
que los usados en otras máquinas eléctricas, deben ser de alta conductividad, ya 
que con ellos se fabrican las bobinas. Los requisitos fundamentales que deben 
cumplir los materiales conductores, son los siguientes: 
 20
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
 1. La más alta conductividad posible. 
2. El menor coeficiente posible de temperatura por resistencia eléctrica. 
3. Una adecuada resistencia mecánica. 
4. Deben ser dúctiles y maleables. 
5. Deben ser fácilmente soldables. 
6. Tener una adecuada resistencia a la corrosión. 
 
La resistividad o resistencia específica, al tensión disruptiva, la permitividad y 
la histéresis dieléctrica en adición a las propiedades dieléctricas se deben 
considerar también las propiedades mecánicas y su capacidad para soportar la 
acción de agentes químicos, el calor y otros elementos presentes durante su 
operación. 
 
1.7 Clasificación de los materiales aislantes. 
 
La clasificación de los materiales aislantes para máquinas eléctricas con 
relación a su estabilidad térmica, cubre básicamente siete clases de materiales 
aislantes que se usan por lo general y que son los siguientes: 
 
Tabla 1.7.1. Relación de clase de aislante con la temperatura de trabajo.2 
CLASE TEMPERATURA 
 
Y 
A 
E 
B 
F 
H 
C 
 
90 oC 
105 oC 
120 oC 
130 oC 
155 oC 
180 oC 
Mayor a 180 oC 
 
 
2 Transformer Diagnostics United States Departament of the interior Bureau of reclamation June 2003. 
 21
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
 Una descripción breve de estos materiales se dan a continuación: 
 
Clase Y. 
Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales, tales 
como algodón, seda y papel sin impregnar. 
 
Clase A. 
Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales tales 
como el algodón, seda y papel con alguna impregnación o recubrimiento o cuando 
se sumergen en dieléctricos líquidos tales como aceite. Otros materiales o 
combinación de materiales que caigan dentro de estos límites de temperatura, 
pueden caer dentro de esta categoría. 
Clase E. 
Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales que 
por experiencia o por pruebas, pueden operar a temperaturas hasta de 5 oC, sobre 
la temperatura de los aislamientos Clase A. 
 
Clase B. 
Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales tales 
como mica, fibra de vidrio, asbestos, etc. con algunas substancias aglutinantes, 
pueden haber otros materiales inorgánicos. 
 
Clase F. 
Este aislamiento consiste en materiales o combinaciones de materiales tales 
como mica, fibra de vidrio, asbesto, etc., con sustancias aglutinables, así como 
otros materiales o combinaciones de materiales no necesariamente inorgánicos. 
 
Clase H. 
Este aislamiento consiste de materiales tales como el silicón, elastómeros y 
combinaciones de materiales tales como la mica, la fibra de vidrio, asbestos, etc., 
con sustancias aglutinables como son las resinas y silicones apropiados. 
 22
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Clase C. 
Este aislamiento consiste de materiales o combinaciones de materiales tales 
como la mica, la porcelana, vidrio, cuarzo con o sin aglutinantes. 
 
1.8 Temperatura. 
 
Uno de los factores que más afectan la vida de los aislamientos, es la 
temperatura de operación de las máquinas eléctricas, esta temperatura está 
producida principalmente por las pérdidas por resistencia del conductor y en el 
caso específico de los transformadores, durante su operación, estas pérdidas 
están localizadas en los siguientes elementos principales: 
 
El núcleo o circuito magnético, aquí las pérdidas son producidas por el efecto 
de histéresis y las corrientes circulantes en las laminaciones, son dependientes de 
la inducción, es decir, que influye el voltaje de operación. 
 
Los devanados, aquí las pérdidas se deben principalmente al efecto joule y 
en menos medida por corrientes de Foucault, estas pérdidas en los devanados 
son dependientes de la carga en el transformador. 
 
Se presentan también pérdidas en las uniones o conexiones que se conocen 
también como “puntos calientes” así como en los cambiadores de derivaciones. 
 
Todas estas pérdidas producen calentamiento en los transformadores, y se 
debe reducir este calentamiento a valores que no resultan peligrosos para los 
aislamientos, por medio de la aplicación de distintos medios de enfriamiento. 
 
Con el propósito de mantener en forma confiable y satisfactoria la operación 
de las maquinas eléctricas, el calentamiento de cada una de sus partes, se debe 
controlar dentro de ciertos límites previamente definidos. Las perdidas en una 
máquina eléctrica son importantes no tanto porque constituyan una fuente de 
 23
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
ineficiencia, sino porque pueden representar una fuente importante de elevación 
de temperatura para los devanado, esta elevación de temperatura puede producir 
efectos en los aislamientos de los propios devanados, o bien en los aislamientos 
entre devanados y el núcleo, por esta razón, es siempre importante que todos los 
aislamientos entre devanados y el núcleo se mantengan dentro de los límites de 
temperatura que garanticen su correcta operación, sin perder su efectividad. 
 
La elevación en la temperatura depende también de la carga en las máquinas 
dentro de sus límites de trabajo, para así respetar los límites de temperatura de 
sus aislamientos. 
 
En su régimen nominal de operación, un transformador tiene estrechamente, 
ligado su voltaje y potencia a los límites impuestos por losaislamientos usados y 
en menor grado por las pérdidas por efecto joule. 
 
Eliminación del calor. 
La eliminación del calor provocado por las pérdidas, es necesario para evitar 
una temperatura interna excesiva que podría acortar la vida del aislamiento. Los 
siguientes temas cubren el procedimiento para calcular la temperatura interna de 
los transformadores de gran potencia, autorrefrigerados con aislamiento de aceite, 
de construcción normal de tipo columna en los que se emplean radiadores. 
 
La temperatura media. 
La temperatura media de un devanado es la temperatura determinada 
midiendo la resistencia en c.c. del devanado y comparándola con la medida 
obtenida anteriormente para una temperatura conocida. El calentamiento medio de 
un devanado por encima de la temperatura ambiente es 
 
U=B+E+N+T …………. (1) 
 
 24
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
en la que B = calentamiento efectivo en °C del aceite respecto del ambiente, 
E = calentamiento medio en ° C del aceite respecto a la efectiva del aceite, N = 
calentamiento en ° C de la superficie media de la bobina respecto a la temperatura 
media del aceite, T = calentamiento en ° C del conductor respecto a la superficie 
de la bobina, y U = calentamiento en ° C del conductor medio respecto al 
ambiente. 
 
La temperatura efectiva del aceite. 
Es la temperatura uniforme equivalente con igual capacidad para disipar el 
calor al aire. La temperatura efectiva del aceite es aproximadamente la media de 
la del aceite que entra en la parte superior del radiador y la del aceite que sale por 
la parte baja del radiador. La temperatura del aceite es aproximadamente la 
misma que la temperatura de la superficie adyacente del radiador expuesta al aire. 
Una superficie lisa y vertical de la cuba del transformador disipará calor al aire de 
la siguiente manera: 
DB = 1.40 * 10-3 B1.25 + 1.75 * 10-3(1 + 0.011A)B1.19 …………(2) 
en la que A = temperatura ambiente en °C, B = aumento efectivo en °C del 
aceite respecto al ambiente, y DB = Watts por pulgada cuadrada disipados al aire, 
o bien expresando DB en W/cm2. 
DB = (B1.25/100) + ((1 +,0,011A)B1.19/100) 
El primer término de la ecuación (2) se refiere al calor transferido por 
convección. Generalmente el radiador consta de tubos aplanados paralelos con 
accesibilidad limitada para el aire de refrigeración y, por consiguiente, es 
necesario multiplicar el primer término por un factor de rozamiento determinado 
experimentalmente (menor que 1). El segundo término de la ecuación (2) se 
refiere al calor transferido por radiación, suponiendo una emisibilidad a baja 
temperatura de 0,95, aplicable a la mayoría de las superficies pintadas que se 
encuentran normalmente. Para cualquier otro valor de emisibilidad a baja 
temperatura, este término debe multiplicarse por la emisibilidad / 0,95 . 
 25
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Generalmente el radiador consta de tubos aplanados en paralelo que radian calor 
de uno a otro. La radiación neta de calor puede determinarse considerando el 
transformador y los radiadores reemplazados por una superficie envolvente 
convexa. Si el segundo término de la ecuación (2) se multiplica por la relación 
entre el área de la superficie envolvente y el de la superficie real (menor que 1), se 
elimina el efecto de la reabsorción de la radiación. Cuando la radiación es 
pequeña comparada con la convención, puede suponerse que A = 25 ° C y que 
B1.19 puede reemplazarse por 0,79B1.25, y la ecuación (2) se convierte en 
B = (100DB0.8) / (0.44F + 0.56V)0.8 °C………… (3) 
en donde V = relación entre el área de la superficie envolvente y el de la 
superficie real y F = factor de rozamiento determinado experimentalmente. 
Calentamiento medio del aceite respecto al efectivo. 
El calentamiento medio del aceite respecto al efectivo, E, normalmente se 
desprecia en los proyectos de transformadores. Puede llegar a ser importante si 
 
I. El centro de gravedad de los radiadores no está suficientemente 
elevado por encima del centro de gravedad del núcleo y las bobinas 
II. Hay pérdidas poco corrientes en el espacio de aceite situado encima 
del núcleo, tales como las producidas por los terminales conductores de 
alta corriente 
III. Un devanado tiene conductos de aceite desusadamente restringidos 
IV. Se usan bombas para hacer circular el aceite por los radiadores sin 
canalizar el aceite bombeado a través de los conductores de aceite. En 
tales casos, E se calcula mejor por comparación con características de 
funcionamiento de proyectos anteriores. 
 
 
 
 26
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Calentamiento de la superficie media de la bobina respecto al medio del 
aceite. 
El calentamiento de la superficie media de la bobina respecto al medio del 
aceite, N, lleva las pérdidas en la bobina a través de una película de aceite fija 
hacia el aceite en movimiento. Para una bobina de galletas horizontales (eje 
vertical), la mayor parte del calor se escapa a través de la delgada película de 
aceite de la superficie superior y muy poco calor se escapa por la superficie 
inferior. En el supuesto de que todo el calor escapa por la superficie superior, el 
calentamiento es 
N = 13.2DNO.8 °C………… (4) 
en donde DN = Watts por pulgada cuadrada disipados de la bobina al aceite, 
o bien 
 
N = 2DN0.8 expresando DN en W por cm2 
 
Para una bobina de galletas verticales (eje horizontal), el calor sale 
igualmente por ambos lados, y 
 
N = 14DN °C o bien N = 2,2DN en W por cm2 ………… (5) 
 
Calentamiento del conductor respecto a la superficie de la bobina 
El calentamiento del conductor respecto a la superficie de la bobina, T, lleva 
el calor del cobre a través del aislamiento sólido aplicado al conductor y a la 
bobina, 
 
T = RTtDN °C (6) 
 
en donde DN = Watts por pulgada cuadrada disipados de la bobina al aceite, 
RT = grados centígrados por Watts por pulgada cuadrada de resistividad térmica, y 
t = pulgadas de longitud del camino. 
 
 27
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Los componentes del calentamiento del devanado respecto al ambiente se 
determinan a partir de las ecuaciones (3), (4) ó (5) y (6), usando los valores de los 
Watts por pulgada cuadrada, determinados a partir de las pérdidas calculadas y de 
la forma geométrica del proyecto. Entonces el calentamiento total viene 
determinado por la ecuación (1). 
 
1.9 Métodos de enfriamiento de transformadores de potencia. 
 
La energía calorífica producida por las pérdidas en los transformadores 
afecta la vida de los aislamientos, por esta razón es importante que este calor 
producidos se disipe de manera que se mantenga dentro de los límites tolerables 
por los distintos tipos de aislamiento. La transmisión del calor tiene las etapas 
siguientes en los transformadores: 
 
- Conducción a través del núcleo, bobinas y demás elementos hasta la 
superficie. 
 
- Transmisión por convección en el caso de los transformadores secos. 
 
- Para los transformadores en aceite, el calor se transmite por conducción a 
través de este dieléctrico. 
 
Los límites de calentamiento para los transformadores se dan a continuación: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 28
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
 
 Tabla 1.8.1. Límites de calentamiento.3
PARTE DEL 
TRANSFORMADOR 
MODO DE 
ENFRIAMIENTO 
CLASE DE 
AISLAMIENTO 
(POR 
TEMPERATURA)
CALENTAMIENTO 
ºC 
 A 60 
 E 75 
DEVANADOS 
POR AIRE, 
NATURAL O CON B 80 
 
VENTILACIÓN 
FORZADA F 100 
 H 125 
 C 150 
a) 
CIRCUITOS 
MAGNÉTICOS 
a) LOS MISMOS 
VALORES 
Y OTRAS 
PARTES 
QUE PARA LOS 
DEVANADOS 
 
b) SIN ESTAREN CONTACTO 
b) VALORES 
SIMILARES A 
CON LOS 
DEVANADOS 
LAS PARTES 
AISLANTES 
 
SUSCEPTIBLES 
DE ENTRAR 
 
EN CONTACTO 
CON LOS 
 DEVANADOS 
 
Designación del sistema de enfriamiento. 
Los transformadores se encuentran por lo general enfriados por aire o aceite 
y cualquier método de enfriamiento empleado debe ser capaz de mantener una 
temperatura de operación suficientemente baja y prevenir “puntos calientes” en 
cualquier parte del transformador. El aceite se considera uno de los mejores 
medios de refrigeración que tiene además buenas propiedades dieléctricas y que 
cumple con las siguientes funciones: 
 
1. Actúa como aislante eléctrico. 
2. Actúa como refrigerante. 
3. Protege a los aislamientos sólidos contra la humedad y el aire. 
 
 
3 Transformer Diagnostics United States Departament of the interior Bureau of reclamation June 2003. 
 29
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Medios y métodos de enfriamiento. 
Los transformadores se designan según el tipo de refrigeración utilizado 
según CEI 76 y 15 
 
Tabla 1.8.2. Símbolos para cada tipo de refrigerante usado en transformadores.4
Naturaleza del agente 
refrigerante Símbolo 
Aceite mineral O 
"Askarel" ("Pyraleno") L 
Gas G 
Agua W 
Aire A 
Aislante sólido S 
Naturaleza de la 
circulación Símbolo 
Natural N 
Forzada F 
 
Líquidos refrigerantes y aislantes. 
El calor producido por las pérdidas se transmite a través de un medio al 
exterior, este medio es líquido. 
 
La transmisión del calor se hace por un medio en forma más o menos 
eficiente, dependiendo de los siguientes factores: 
I. La más volumétrica. 
II. El coeficiente de dilatación térmica. 
III. La viscosidad. 
IV. El calor específico 
V. La conductividad térmica. 
 
En condiciones geométricas y térmicas idénticas, el aceite es mejor 
conductor térmico que el aire, es decir resulta más eficiente para la disipación del 
calor. 
 
 
 
4 Enrique Ras Oliva, “Transformadores de potencia, de medida y de protección”. Alfaomega marcombo. 
 30
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
1.10 Disposición de símbolos. 
 
Según la recomendación CEI 76 y 16 los transformadores se designarán por 
cuatro símbolos (exceptuando los del tipo seco, con envolvente protectora, cuyo 
símbolo es AN o AF), para cada tipo de refrigeración para los cuales se ha 
previsto de un régimen nominal. Se empleará una barra de fracción, oblicua, para 
separar cada grupo de símbolos. 
 
 Tabla 1.8.3. Disposición de símbolos5
1ª letra 2ª letra 3ª letra 4ª letra 
Concerniente al agente refrigerante Concerniente al agente refrigerante 
que está en contacto con los que está en contacto con el sistema 
arrollamientos. de refrigeración exterior. 
Naturaleza del Naturaleza de la Naturaleza del Naturaleza de la 
Refrigerante. circulación. refrigerante. circulación. 
 
Tipos de enfriamiento. 
La selección del método de enfriamiento de un transformador es muy 
importante, ya que la disipación del calor, influye mucho en su tiempo de vida y 
capacidad de carga, así como en el área de su instalación y su costo. De acuerdo 
a las normas americanas (ASA C57-1948) se han normalizado y definido algunos 
métodos básicos de enfriamiento, mismos que se usan con la misma designación 
en México y son los siguientes: 
 
Tipo AA. 
Transformadores tipo seco con enfriamiento propio, estos transformadores no 
contienen aceite ni otros líquidos para enfriamiento, el aire es también el medio 
aislante que rodea el núcleo y las bobinas, por lo general se fabrican con 
capacidades inferiores a 2000 Kva. y voltajes menores de 15 kV. 
 
 
 
 
5 Enrique Ras Oliva, “Transformadores de potencia, de medida y de protección”. Alfaomega marcombo. 
 31
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Tipo AFA. 
Transformadores tipo seco con enfriamiento por aire forzado, se emplea para 
aumentar la potencia disponible de los tipo AA y su capacidad se basa en la 
posibilidad de disipación de calor por medio de ventiladores o sopladores. 
 
Tipo AA/FA. 
Transformadores tipo seco con enfriamiento natural y con enfriamiento por 
aire forzado, es básicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan 
ventiladores para aumentar su capacidad de disipación de calor. 
 
Tipo OA 
Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural, en estos 
transformadores el aceite aislante circula por convección natural dentro de una 
tanque que tiene paredes lisas o corrugadas o bien provistos con tubos 
radiadores. Esta solución se adopta para transformadores de más de 50 Kva. con 
voltajes superiores a 15 kV. 
 
Tipo OA/FA 
Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio y con 
enfriamiento por aire forzado, es básicamente un transformador OA con la adición 
de ventiladores para aumentar la capacidad de disipación de calor en las 
superficies de enfriamiento. 
 
Tipo OA/FOA/FOA. 
Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio / con 
aceite forzado – aire forzado / con aceite forzado / aire forzado. Con este tipo de 
enfriamiento se trata de incrementar el régimen de operación (carga) de 
transformador tipo OA por medio del empleo combinado de bombas y 
ventiladores. El aumento de la capacidad se hace en dos pasos: en el primero se 
usan la mitad de los radiadores y la mitad de las bombas con lo que se logra 
aumentar en 1.33 veces la capacidad del tipo OA, con el segundo paso se hace 
 32
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
trabajar la totalidad de los radiadores y bombas con lo que se logra un aumento de 
1.667 veces la capacidad del OA. Se fabrican en capacidades de 10000 Kva. 
monofásicos 15000 Kva. trifásicos. 
 
Tipo FOA. 
Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y de aire 
forzado. Estos transformadores pueden absorber cualquier carga de pico a plena 
capacidad ya que se usa con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando al 
mismo tiempo. 
 
Tipo OW. 
Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por agua, en estos 
transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales 
están en contacto con el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad 
o por medio de una bomba independiente, el aceite circula alrededor de los 
serpentines por convección natural. 
 
Tipo FOW. 
Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento de aceite 
forzado y con enfriadores de agua forzada. Este tipo de transformadores es 
prácticamente igual que el FO, sólo que el cambiador de calor es del tipo agua–
aceite y se hace el enfriamiento por agua sin tener ventiladores. 
 
1.11 Naturaleza del aceite en transformadores. 
 
La función del aceite en los transformadores es actuar como sistema aislante, 
a la vez que funciona como agente refrigerante. Los aceites utilizados en 
transformadores son del tipo mineral. Estos aceites son producidos por destilación 
fraccionaria del petróleo, seguida por un proceso de refinado. 
 
 33
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
La composición química del aceite mineral, depende de la calidad del 
proceso de producción, así como de la procedencia del mismo. Básicamente se 
trata de una compleja mezcla de hidrocarburos. Según las proporciones de 
algunas moléculas, se puede clasificar como aceites con base parafínica o 
aromática. 
 
Rigidez dieléctrica. 
La rigidez dieléctrica de los aceites utilizados en los transformadores son del 
orden de los 200Kv/cm. Pequeñas cantidades de agua (humedad) o impurezas,hacen descender este valor a valores menores, es por esto la importancia de su 
vigilancia constante y su conservación. 
 
Degradación. 
El aceite con el tiempo, altera sus propiedades, se oxida, forma productos 
ácidos, gases y puede inclusive llegar a formar lodos. A este proceso se le conoce 
como degradación o envejecimiento. A este envejecimiento contribuyen varios 
factores, entre los que se encuentran el aire, la humedad, la luz, la variación de 
temperaturas y la radiación. 
 
Con la degradación del aceite, las características refrigerantes y aislantes de 
este tienden a disminuir, llegando inclusive a ser inservible. Para prolongar la vida 
útil del aceite en los transformadores se utilizan agentes químicos inhibidores 
como el topanol, paranox, parabar, etc. 
 
Características fisicoquímicas del aceite. 
Es necesario para un buen funcionamiento del transformador, mantener las 
condiciones de trabajo normal del aceite mineral, ya que por ser el principal 
aislante y refrigerante del transformador, este es el principal determinante del 
tiempo de vida del transformador. 
 
 
 
 34
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
 
 Tabla 1.9.1. Características fisicoquímicas del aceite aislante.6
Parámetro Rango 
Temp. De inflamación min. 140ºC 
Temp. De escurrimiento 
min. -40/-26ºC 
Rigidez dieléctrica mín. 30KV 
Factor de potencia @ 25ºC 
max. 0.05% 
Factor de potencia @ 
100ºC max. 0.30% 
Humedad max. 25ppm 
Tensión interfacial max. 35dinas/cm 
Grado de acidez max. 0.05 MGKOH/gr 
Color <0.5 
Gravedad específica max. 0.910 
Viscosidad max. 12cST 
Inspección visual Claro 
Óxidos inhibidores max. % 
de peso 0.3 
Partículas suspendidas 10 de 50-150µm@10ml 1500 de 3-150µm@10ml 
 
Asimismo las características principales de aceites nuevos, de acuerdo con la 
recomendación VDE 0370/10.66 son: 
 
Tabla 1.9.2. Características del aceite dieléctrico según VDE 0370/10.66.7
Densidad a 15ºC, valor máximo 0.890 
 a 15ºC, valor máximo 0.887 
Viscosidad a 20ºC, valor máximo 30 cST 
 a -30ºC, valor máximo 1800 cST 
punto de inflamación valor mínimo 140ºC 
Cenizas inapreciables 
Azufre corrosivo exento 
Índice de neutralización inapreciable 
Índice de saponificación valor máximo 0.10 mg KOH/g de aceite
 
 
 
6 Alvaro Cancino Quiroz, Pedro Rodríguez Escalona, “Diagnostico pro-activo de transformadores de potencia”. Industrias IEM. 
7 Enrique Ras Oliva, “Transformadores de potencia, de medida y de protección”. Alfaomega marcombo. 
 35
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
1.12 Monitoreo de los transformadores. 
 
El transformador de potencia depende en su operación como ya vimos de sus 
condiciones eléctricas, magnéticas, aislantes, térmicas y mecánicas. 
 
Para contar con estas condiciones en un rango optimo, se requiere contar 
con un monitoreo y plan de mantenimiento que nos permita poder controlar estas 
variables a fin de maximizar la vida útil del transformador. Dentro de los 
mecanismos de protección tenemos el tanque de expansión (figura 1.3) requerido 
en el aumento del volumen del aceite por expansión. Asimismo para protección se 
cuenta con el relevador Buchholz (Figura 1.4). 
 
 
 
 Figura 1.3 Tanque de expansión y Relevador Buchholz. 
 
 36
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
 
 Figura 1.4 Partes del Relevador Buchholz. 
 
La prevención, comienza desde la selección de los materiales a utilizar, el 
proceso de fabricación, traslado, operación y continuo monitoreo. 
 
Existen diversas técnicas que nos ayudan a obtener un diagnóstico del 
estado fisicoquímico del transformador, así como las posibles fallas existentes en 
él. De estas técnicas se explicarán brevemente las condiciones de operación, ya 
que las otras se tratarán posteriormente con mayor detalle. 
 
 
 
 37
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
Detección de los gases contenidos en el aceite. 
 
• Cromatografía gaseosa (determina los gases en el aceite). 
• Detector de Hidrógeno (determina la cantidad de hidrógeno). 
 
Verificación del funcionamiento del transformador. 
 
• Características fisicoquímicas del aceite (estado fisicoquímico 
del aceite). 
• Características físicas de los aislamientos celulósicos 
(descomposición de las celulosas. 
• Condiciones de operación (temperatura, vibración, descargas 
parciales, etc). 
 
Cromatografía de gases. 
La cromatografía de gases es un método utilizado para separar los diferentes 
tipos de gases existentes en una muestra de aceite. Esta separación es posible 
por la diferencia de sus presiones de vapor relativas. 
 
Detector de hidrógeno. 
Debido a que el hidrógeno existente en un transformador se produce aún a 
temperaturas normales de operación y este es soluble en el aceite, esta 
producción puede ser una forma de conocer las posibles fallas en el equipo. Para 
este método se utiliza una técnica de absorción por medio de celdas de 
combustible y membranas permeables, obteniendo un conteo continuo de la 
cantidad de hidrógeno disuelto en el aceite. 
 
Características físicas de los aislamientos celulósicos 
Dado que en los transformadores existe una constante degradación de las 
celulosas contenidas, es necesario mantener un monitoreo constante de esta 
degradación. La celulosa al quemarse crea carbón que ataca a la misma celulosa 
 38
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
creando aldehídos, ácidos, agua, CO y CO2; estos fenómenos reciben el nombre 
de oxidación. El agua formada rompe cadenas moleculares formando cetonas o 
funciones aldehído; este fenómeno recibe el nombre de hidrólisis. Las altas 
temperaturas de operación crean glucosa libre, ácidos orgánicos, agua CO y CO2. 
Esta degradación origina pérdidas de las uniones macromoleculares de las fibras 
de la celulosa. Esta se puede medir por el grado de polimerización existente. 
 
1.- Medición del grado de polimerización en la estructura celulósica.- Esta 
medición requiere de una muestra de los aislamientos a estudiar y se realiza por 
método viscosimétrico. 
 
2.- Evaluación del grado de polimerización basado en el contenido de 
furaldehídos en el aceite.- Esta técnica determina el contenido de furaldehido en 
ppb existentes en el aceite, para lo cuál por medio de una toma de muestra y 
análisis por cromatografía de líquidos nos permite obtener estos valores. 
 
Cabe destacar que el análisis de gases disueltos (AGD) sólo nos indica si en 
una falla incipiente existe la degradación de la celulosa, mientras que las técnicas 
de grado de polimerización y de furaldehídos nos indicarán el tiempo restante de 
los aislamientos celulósicos del equipo. 
 
Condiciones de operación. 
Los métodos de monitoreo anteriores se basan en el sistema aislante 
utilizado. Los siguientes métodos nos permiten obtener un diagnóstico general del 
transformador. 
 
Detector de fugas. 
Este se utiliza con el fin de poder detectar posibles fallas de hermetismo en el 
transformador. El cuidado del hermetismo se debe a la posible contaminación del 
medio ambiente por los hidrocarburos producidos en el transformador y / o por los 
gases y humedad existentes en el medio ambiente, que pueden entrar en el 
 39
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
transformador. Este monitoreo se realiza a través de análisis ultrasónico. El 
análisis ultrasónico permite detectar el ruido existente dentro y en las superficies 
del transformador. 
 
Detector de vibraciones en bombas. 
Dado que existe la posibilidad de un mal montaje de las bombas hidráulicas o 
problemas de cavitación, golpe de ariete,etc. El monitoreo del estado de las 
bombas es un método crítico, ya que el correcto enfriamiento del transformador en 
general depende de la correcta recirculación del aceite dentro de el. Por tal motivo 
este monitoreo debe de mantenerse continuo. 
 
Espectrómetro de vibraciones. 
Nos permite registrar los niveles de ruido y vibraciones del transformador, 
obteniendo así, un panorama de lo que ocurre dentro de el y poder tomar las 
medidas correctivas necesarias. 
 
Equipo de termovisión. 
Es un método que nos permite detectar posibles puntos calientes o 
calentamiento general del equipo, obteniéndose un registro del patrón de 
temperatura dentro y fuera del transformador. 
 
Detector de descargas parciales. 
Este método utiliza las ondas acústicas generadas por las descargas 
parciales, dado que estas se generan en las proximidades de los devanados, es 
en este lugar donde son colocados los sensores acústicos. 
 
Medición local de la temperatura con fibra óptica. 
Este permite obtener las lecturas en forma directa e instantánea dado que los 
termopares utilizados para la medición son conectados por medio de fibra óptica; 
estos son instalados durante la manufactura del transformador, obteniéndose 
mediciones de puntos calientes y temperaturas de los aislantes. 
 40
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
1.13 Medidas de concentración de gases. 
 
Las partes por millón (p.p.m.) se define como los mg de soluto presentes en 
un solvente, dicho en nuestro caso se define como los mg de gas presente en el 
aceite degradado. Fórmula 
 
p.p.m. = mg/lt 
 
El porcentaje de volumen es el porcentaje de una sustancia referido al 
volumen total de la muestra(%v). Fórmula 
 
%v = mlsustancia/mlmuestraX100 
 
Las concentraciones de cada uno de los gases se mide generalmente en por 
ciento de volumen o en partes por millón, sin embargo, se deben realizar los 
ajustes pertinentes, dependiendo del volumen de aceite en el transformador a 
analizar, lo que nos presenta un nuevo problema. Para evitarlo se propone la 
relación entre gases logrando con esto, que este método pueda ser utilizado para 
cualquier volumen de aceite, con el resultado de la simplificación del 
procedimiento, ya que la relación entre los gases es independiente del volumen de 
aceite del transformador; de esta manera podemos utilizar las unidades de 
concentración de gases que nos resulte más conveniente. 
 
1.14 Pasos del análisis de gases disueltos. 
 
El análisis de gases disueltos (AGD), es un método de diagnóstico de falla en 
transformadores de potencia, mediante el cuál, podemos determinar las posibles 
fallas incipientes que se están generando dentro del transformador; esto va a 
depender de la cantidad de cada uno de los gases degradados en el aceite. 
Primeramente debemos extraer una muestra del aceite contenido en el 
transformador; este aceite se extrae por medio de una jeringa, teniendo cuidado 
 41
 1 Conceptos básicos sobre transformadores 
de no utilizar el aceite estancado en la tubería del transformador y utilizar el del 
tanque. Posteriormente se debe embalar de tal manera de poder proteger los 
recipientes que normalmente son de vidrio contra los golpes y contra los rayos 
solares; estas muestras deben de llevar un registro de todos los datos pertinentes 
como pudieran ser: el transformador, la fecha de la muestra, la hora, la falla 
existente en el transformador si esta existe, etc. 
 
Posteriormente se estudia en laboratorio la muestra con la finalidad de poder 
determinar cualitativa y cuantitativamente cada uno de los gases presentes en el 
aceite. Este proceso se realiza normalmente por el método de cromatografía 
gaseosa. El método consiste en transportar la muestra a través de una columna, 
previa evaporación de la muestra, esta columna contiene un adsorbato, el cuál por 
medio de diferencia de peso específico de cada uno de los elementos existentes 
en la muestra, realizará la separación, estos elementos son contados y 
cuantificados por métodos electrónicos, para posteriormente realizar su captura y 
presentación en un cromatograma. 
 
Posteriormente se realizará el diagnóstico de falla por cualquiera de los 
métodos de AGD que se verán más adelante. Por su medio gráfico y el utilizar 
solamente tres concentraciones de gases clave es utilizado para nuestro propósito 
el método de AGD del triángulo de Duval. Sin embargo el método ha utilizar para 
un caso en específico va ha depender de la experiencia y facilidad de manejar un 
método en específico de cada persona dedicada a este tipo de diagnóstico para 
un plan de mantenimiento en transformadores de potencia. 
 
 
 42
 2 Métodos de análisis de gases disueltos (AGD) 
CAPÍTULO 2 
MÉTODODS DE ANÁLISIS DE 
 GASES DISUELTOS (AGD) 
 
Determinar la condición del transformador es útil en sí mismo para poder 
tomar decisiones a corto plazo con respecto al funcionamiento y mantenimiento. 
Las condiciones del transformador, evaluado a través de las diferentes técnicas de 
diagnóstico también son importantes para dirigir acertadamente el estudio para su 
mantenimiento y/o reemplazo. La condición del transformador determina la 
alternativa más rentable para su rehabilitación (es decir, operación, restauración, o 
reemplazo). 
 
2.1 Procedimientos sobre AGD. 
 
El AGD consiste en tres pasos básicos: 
 
- La extracción de una muestra del aceite en el transformador. 
- La determinación de la concentración de los gases disueltos en el aceite. 
- La determinación del tipo de falla presente en el transformador. 
 
2.2 Procedimiento de toma de muestra. 
 
Un correcto AGD, se inicia con la toma de la muestra de aceite. El muestreo 
se realiza con el transformador energizado operando en condiciones anormales, 
utilizando conexiones herméticas y protegiendo la muestra de los rayos solares. 
Esta muestra se puede realizar por medio de dos métodos: utilizando jeringas de 
vidrio o cilindros de acero inoxidable. 
 
 
 
 43
 2 Métodos de análisis de gases disueltos (AGD) 
Muestreo con jeringa. 
Con el fin de mantener un sello hermético, la jeringa de vidrio debe ser 
esmerilada en la pared interior del cuerpo fijo de la jeringa y en la superficie 
exterior del émbolo. El pivote de la jeringa debe de ser excéntrico. 
El material a utilizar para la toma de la muestra es: 
 
a) Mangueras de PVC plástico impermeables al aceite, para conectar la 
válvula del transformador a la jeringa. 
b) Reducciones. 
c) Jeringa de vidrio hermética y sin sellos de hule o plástico. Esta debe 
estar equipada con válvula de tres vías de polipropileno que selle 
firmemente. 
d) Recipiente de transporte diseñado para mantener la jeringa 
firmemente en su lugar durante el transporte, permitiendo movimiento 
del émbolo por expansiones o contracciones. 
e) Tela que no suelte hilos y un recipiente para desecho de aceite. 
 
Procedimiento de muestreo con jeringa. 
1. La brida o tapón de la válvula de muestreo del dispositivo se quita, 
limpiando perfectamente el orificio de salida con tela para evitar polvos 
en la muestra. 
2. Se gira la válvula de tres vías para drenar un litro de aceite (figura 2.1). 
3. Se gira la válvula para permitir el acceso del aceite en la jeringa, de tal 
manera que la presión del aceite empuje el émbolo libre y lentamente. 
4. Se gira la válvula para drenar el aceite contenido en la jeringa, 
empujando el émbolo hasta vaciarla, logrando con este paso que la 
superficie interna de la jeringa y del émbolo, estén completamente 
impregnadas de aceite y no contenga polvos u otros cuerpos extraños. 
5. Se repite el punto 3. 
 44