Cuando se trata de encontrar los transformadores y la inductancia de tipo seco adecuados no solo para cumplir los requisitos normativos, sino también para satisfacer demandas específicas, la opción ideal es TMC Transformers.
TMC se fundó en 2017 tras una adquisición en la que obtuvo los conocimientos técnicos preexistentes y se asentó en el mercado en pocos años gracias a su experiencia y capacidad para satisfacer las necesidades de los clientes, incluso en sectores muy especializados como el marítimo y offshore, el eólico y el ferroviario.
Nuestro equipo de aproximadamente 250 especialistas, expertos comprometidos con la innovación y la calidad (la mayoría ubicados en nuestra sede italiana de Busto Arsizio), contribuye a la solidez de la empresa.
La flexibilidad y la agilidad a la hora de responder a las solicitudes de los clientes son dos características peculiares de esta joven empresa, que goza de gran aprecio por una experiencia que nada tiene que envidiar a la de grandes empresas ya consolidadas. La satisfacción del cliente es visible también en los números: desde 2017, la facturación de TMC ha crecido exponencialmente, incluso durante la pandemia.
Un transformador para cada necesidad
Actualmente, el mercado de los transformadores se centra en dos requisitos principales: la eficiencia de la maquinaria, que implica escasas pérdidas, y los costes de comercialización, que deben ser moderados.
«No se pueden pasar por alto estas dos características», explica Salvatore Iovieno, ingeniero del departamento técnico de TMC y experto desde 2004 en simulaciones multifísicas con elementos finitos.
«Por otra parte, hay sectores con necesidades específicas que requieren materias primas concretas o transformadores optimizados en función de unos parámetros a medida, como circuitos y geometrías de materias primas específicas».
Es en este aspecto donde TMC marca la diferencia, ya que ofrece aplicaciones altamente personalizadas. «Desarrollamos soluciones no convencionales con altos niveles de personalización. Por ejemplo, transformadores con un bobinado primario y 27 secundarios, soluciones con una clase de tensión de 52 kV y ángulos de desfase muy rigurosos. Por otra parte, para nuevas aplicaciones, ofrecemos a los clientes soluciones innovadoras en cuanto a materiales y estructuras».
Simulaciones: una herramienta fundamental para diseñar con calidad
Por todo lo anterior, está claro por qué las simulaciones son un factor esencial en el diseño de transformadores. Cuanto más complejo es un objeto o más se aleja de una construcción estándar, más importante es diseñarlo simulando su funcionamiento real según las condiciones requeridas. Y como los transformadores están sujetos a la física del mundo real, se necesitan simulaciones multifísicas para aproximarse a la realidad.
En concreto, ¿qué fuerzas físicas hay que tener en cuenta en los transformadores?
«Los transformadores suelen percibirse como máquinas en las que la física fundamental es electromagnética. Si bien esto es cierto, los transformadores son máquinas extremadamente complejas en las que operan más fenómenos físicos interconectadas», explica Iovieno.
Por ejemplo, la electricidad que circula por los bobinados hace que la máquina se caliente y, para un buen diseño, es imprescindible ver la distribución de la temperatura entre las distintas partes del transformador (es decir, núcleo y bobinados) y cómo reaccionan estas partes a los aumentos de temperatura.
Aunque los transformadores no tienen partes móviles, es preciso realizar análisis mecánicos y estructurales para garantizar la estanqueidad de los bobinados en caso de cortocircuito.
Más cerca de la realidad con el análisis multifísico de elementos finitos
El nivel más avanzado de las simulaciones multifísicas es el análisis de elementos finitos. Como explica Iovieno, la simulación crea una «malla» para cada componente y geometría, con lo que se discretiza el componente en cuestión.
«En este paso, según las instrucciones precisas del operador, el software divide el componente en varios subconjuntos y se aplican a cada uno de ellos las ecuaciones diferenciales que describen la física en cuestión. En el caso del electromagnetismo, por ejemplo, se aplican a cada elemento discreto las ecuaciones de Maxwell, que constituyen las reglas fundamentales que rigen las interacciones electromagnéticas. Las simulaciones de elementos finitos ofrecen un análisis extremadamente preciso del componente y definen los gradientes de cada tipo de física tenida en cuenta».
En el caso de los transformadores, los aspectos más investigados mediante el análisis multifísico son, sobre todo, el electromagnetismo, la mecánica y la física térmica.
El valor añadido de las simulaciones multifísicas
En el proceso de desarrollo de productos de TMC, en análisis multifísico se aplica directamente desde la oferta, que se basa en las especificaciones técnicas que solicita el cliente. De este modo, es posible, incluso desde un principio, entender si las geometrías sugeridas son las más adecuadas y si es necesaria la optimización.
«El análisis multifísico resulta muy útil en caso de tener que descartar vías de diseño que no son practicables en vista de los resultados de la simulación». La simulación multífisica también es especialmente apreciada en lo que respecta a los clientes.
«Recurrimos al ejemplo del transformador que debe garantizar la resistencia a cortocircuitos. Para garantizar que la máquina se ajusta a los requisitos, el cliente puede solicitar una prueba que puede encargarse a laboratorios externos certificados, lo cual supone también un coste significativo. Con el análisis multifísico efectuado sobre los elementos finitos, siempre entregamos al cliente un informe muy detallado del análisis, en el que se aportan pruebas y garantías de que la máquina está diseñada para responder a la exigencia específica de resistencia a cortocircuitos, lo que a menudo hace que la prueba resulte irrelevante».
Básicamente, este tipo de análisis aporta un valor añadido tanto a la empresa, que ofrece productos desarrollados sobre una firme base científica, como al cliente, que tiene la garantía de que el producto suministrado por TMC se ajusta a sus requisitos, está fabricado con herramientas de vanguardia y es el resultado de un análisis de máxima calidad.
Innovación continua
¿Y si hay que analizar nuevos parámetros que aún no están contemplados en el software de análisis?
«Las empresas que desarrollan software de análisis multifísico están siempre atentas a las necesidades de los clientes. Siempre que tenemos que considerar nuevos parámetros que aún no se han incorporado en el software, el desarrollador, previa solicitud, integra rápidamente las funciones adicionales.
Los programas de software de simulación se desarrollan en función de las necesidades de los usuarios. Además, a lo largo de los años también hemos asistido a muchas mejoras en lo que respecta al uso del almacenamiento y los tiempos de cálculo. Por ejemplo, el mismo análisis que hace unos años requería muchas horas de tiempo de cálculo en máquina, hoy puede resolverse en apenas unas decenas de minutos. Los avances en software han sido realmente determinantes.
En qué nos debemos centrar
A pesar de ser herramientas potentes en sí mismas, las simulaciones multifísicas requieren la integración de diversas competencias, todas ellas diferentes. Además, la experiencia de usuario desempeña un papel fundamental a la hora de hacer el análisis.
Por ejemplo, elegir la mejor discretización del componente, es decir, la que permite visualizar mejor los gradientes de fuerza que actúan sobre el mismo, es también el resultado de experiencias previas que nos han indicado dónde se ejercen dichas fuerzas y qué puntos deben tenerse en cuenta más detalladamente. Dado que no existe la estandarización, cada empresa desarrolla sus propios conocimientos y competencias a partir de las experiencias y los análisis efectuados durante el desarrollo de los distintos productos. Estos conocimientos son la verdadera herramienta empresarial para seguir progresando.
Un análisis para tres tipos de física
Uno de los casos más recientes e ilustrativos, para el que TMC ha desarrollado un complejo análisis multifísico de los elementos finitos, fue el de un transformador para una subestación ferroviaria con dos bobinados secundarios que funcionaba conectado a un convertidor de frecuencia de 12 impulsos que debía ofrecer una resistencia específica a cortocircuitos.
En este caso, el análisis de elementos finitos evidenció el aumento de la corriente en ambos extremos de los conductores a distintas frecuencias de funcionamiento, un aspecto que condujo a la optimización de los propios conductores. Este análisis pone de manifiesto la densidad de las pérdidas que provocan el calentamiento en las distintas partes del transformador y calcula las temperaturas mediante simulación térmica. Para la misma máquina, también se llevaron a cabo simulaciones mecánicas para garantizar la resistencia a cortocircuitos. Se elaboró un informe técnico detallado de todos los análisis anteriores y se remitió al cliente como garantía adicional de la calidad del producto.
Software de TMC
«En TMC, el análisis multifísico de elementos finitos se aplica desde el primer día». Desde sus inicios, TMC ha utilizado el software Comsol Multiphysics®, idóneo para los retos tecnológicos modernos y basado en los métodos numéricos más avanzados.