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LAMINACION DE GRANO NO ORIENTADO

Estos materiales son ampliamente utilizados para realizar las estructuras magnéticas de las máquinas rotantes, pequeños transformadores y otros equipos eléctricos y tienen propiedades magnéticas uniformes en todas las direcciones.

Tienen buenas características de elaboración y factores de laminación del orden de 0,93, dependiendo este último del espesor de la laminación y del tamaño de la máquina.

Se suministran con una aislación superficial que puede ser un barniz de tipo orgánico o inorgánico, el grado de resistencia al calor debe adoptarse en función del tratamiento térmico que se realice a la chapa (campo de utilización de la misma).

Las siguientes propiedades magnéticas mostradas en la Tabla A2.4 se dan de acuerdo a especificaciones AISI.

Tabla A2.4 - Propiedades materiales de grano no orientado

Espesor mm	Grado	Densidad gr/cm³	Máximas pérdidas a 1.5 T W/kg
			50 Hz	60 Hz
0.36	M-15	7.65	2.53	3.20
0.36	M-19	7.65	2.75	3.48
0.36	M-22	7.65	2.93	3.70
0.36	M-27	7.65	3.13	3.97
0.36	M-36	7.65	3.31	4.19
0.47	M-15	7.65	2.93	3.70
0.47	M-19	7.65	3.03	3.83
0.47	M-22	7.65	3.22	4.08
0.47	M-27	7.65	3.31	4.19
0.47	M-36	7.65	3.57	4.52
0.47	M-43	7.65	4.01	5.07
0.47	M-45	7.65	5.31	6.72

El valor de las pérdidas a la frecuencia de 60 Hz y para la misma inducción aumenta aproximadamente un 26%.

A2.8 TRATAMIENTO TERMICO

Las propiedades magnéticas de los aceros para uso eléctrico son especialmente sensibles a las tensiones internas. Toda deformación origina una distorsión de la red o malla cristalina, que afecta a la relación entre fuerza magnetizante e inducción y afecta, por lo tanto, a todas las características del material.

Las tensiones se generan en el material especialmente por un almacenamiento defectuoso, golpes, etc. y por el proceso de fabricación (punzonado, cizallado) de las laminaciones de las máquinas eléctricas.

Con el objeto de relevar estas tensiones y recuperar las propiedades magnéticas originales es necesario llevar a cabo un tratamiento térmico. El tratamiento térmico también reduce alguna ondulación que puede presentarse y mejora la lisura de la laminación.

Las siguientes precauciones se deben observar cuando una laminación de acero eléctrico es sometida a un tratamiento térmico.

Prevenir la contaminación con carbono

La base del horno de recocido debe ser suficientemente plana. La base del horno y su cubierta debe ser de bajo contenido de carbono, debido a que la contaminación con carbono puede resultar altamente perjudicial para las propiedades del material tratado. Cualquier lubricante dejado en la laminación debe ser removido antes de colocar la cubierta del horno sobre el mismo.

Calentamiento desde los bordes de las pilas de la laminación. Las pilas de laminación deben ser calentadas en la dirección borde a borde en vez de hacerlo en la dirección cara a cara para que el calentamiento se realice más rápido y en modo uniforme.

Evitar una excesiva oxidación

La oxidación perjudica seriamente las propiedades magnéticas particularmente para altas inducciones. En hornos de recocido tipo batea, una excesiva oxidación puede evitarse utilizando la cubierta del horno sellada por medio de arena seca. El aire del interior del horno debe ser retirado y reemplazado por una atmósfera no oxidante.

Se recomienda utilizar una atmósfera no explosiva compuesta por menos de un 10% de hidrógeno y más de un 90% de nitrógeno o bien 100% de nitrógeno puro. El punto de rocío de la atmósfera debe mantenerse a menos de 0 grados centígrados.

Temperatura del tratamiento

Para el grano orientado y grano orientado HI-B se recomienda realizar el tratamiento a una temperatura de 800 grados centígrados con una máxima variación de ± 20 grados.

Para laminaciones de grano no orientado la práctica usual es calentar la carga a una temperatura de 720 a 750 grados, y mantener esta temperatura para permitir una uniforme penetración del calor. Algunas veces mejores propiedades magnéticas pueden lograrse a temperatura de 760 a 785 grados, pero en este caso la temperatura y la atmósfera del horno deben controlarse con sumo cuidado.

Tiempo de enfriamiento

Para evitar distorsión de las laminaciones y núcleos, se requiere que las caras se enfríen lentamente hasta una temperatura de alrededor de 350 grados centígrados a razón de 25 grados por hora como máximo, particularmente para cargas del horno de algunas pocas toneladas.

A2.9 METALES AMORFOS PARA NUCLEOS DE TRANSFORMADORES

Los metales amorfos son aleaciones metálicas donde la estructura atómica no es cristalina. Una aleación metálica cristalina como el carbono tiene varios ejes de simetría en su estructura atómica. En los metales amorfos no hay ejes de simetría y los átomos que lo constituyen se reparten al azar en el interior del material. Existen diferentes técnicas para la producción de metales amorfos. Todas ellas se basan en una transición rápida del metal del estado líquido al sólido.

La ventaja esencial de un material amorfo, es el valor excepcionalmente bajo de pérdidas comparada con otros materiales magnéticos.

A 50 Hz las pérdidas en el hierro resultan 1/3 a 1/5 de las que se tienen con los aceros al silicio de grano orientado actuales.

A igualdad de niveles de inducción, la potencia de excitación a 50 Hz necesaria para los metales amorfos es 1/4 a 1/5 de la requerida por un acero de grano orientado.

El único defecto del metal amorfo es el valor relativamente bajo de su inducción de saturación que es del orden de 1,6 T. Para un transformador realizado con metal amorfo el límite de inducción nominal está alrededor de 1,4 T teniendo en cuenta posible sobreexcitación en servicio.

Debido al método de fabricación por solidificación rápida, el metal amorfo se presenta en forma de angostas cintas delgadas con factores de apilado menores que los aceros de grano orientado, en la tabla siguiente se pueden observar algunas de las características mencionadas.

Tabla A2.5 - Valores comparativos

	Año 1982	Futuro
Ancho (mm) Espesor (mm) Factor apilado	175 0.025 a 0.050 85%	sin límite 0.25 90% o más

Otro aspecto (ligado al ruido) es la magnetoestricción, que para los metales amorfos, tiene un valor bastante elevado. Este problema puede reducirse recociendo el material cerca del punto de Curie, en un campo magnético de saturación. En la práctica, este proceso no es perfecto, y no se puede lograr una magnetoestricción nula.

Sin embargo hay numerosos ejemplos donde los niveles sonoros de transformadores correctamente estudiados y realizados con material amorfo no son más elevados, y en algunos casos considerablemente menores, que en transformadores realizados con acero al silicio.

En lo que concierne al precio de los metales amorfos, han experimentado una drástica reducción en los años recientes, y la reducción del valor de pérdidas en vacío capitalizadas de un transformador realizado con metal amorfo puede ser superior de la incidencia del costo del material.

Se espera que el metal amorfo sea utilizado en la práctica en el futuro próximo con la colaboración de los fabricantes de material amorfo, y de los fabricantes y usuarios de transformadores.

A2.10 FENOMENO DE CORRIENTE DE MAGNETIZACION

La corriente de magnetización es motivo de preocupación principalmente para los usuarios de los transformadores debido a que puede afectar la operación de los sistemas.

Un efecto importante ocurre en el momento de conexión del transformador a la red, en efecto encontrándose el transformador sin flujo, se debe establecer el mismo y además la corriente en la bobina de excitación, esto puede causar picos de corriente muy elevados que provocan fenómenos no deseados en la instalación eléctrica.

Además influye en la corriente de inserción la inducción residual que se presenta en el material utilizado, y cuyos valores característicos se indican en la Tabla A2.6.

Por otra parte las corrientes magnetizantes, aún de valor relativo modesto, contienen armónicas que tienen también efecto sobre la red eléctrica.

Tabla A2.6 - Valores de inducción residual

Tipo de laminación			Inducción residual
Material	Espesor	Bm = 1.0 T	Bm = 1.5 T	Bm = 1.7 T
M-4	0.28	0.80	1.25	1.45
M-5	0.30	0.75	1.20	1.40
M-6	0.35	0.75	1.12	1.32
M-2H	0.30	0.50	1.18	1.36
M-3H	0.30	¾	1.15	1.33

A2.11 CUADRO COMPARATIVO DE CALIDADES EQUIVALENTES

Como los materiales magnéticos que se utilizan para las construcciones electromecánicas pueden tener distintos orígenes, en la Tabla A2.7, para las normas más importantes aceptadas internacionalmente, se indican el código y las pérdidas en W/kg que corresponden.

Tabla A2.7 - Calidades equivalentes según distintas normas

Pérdidas para calidades equivalentes, material de grano orientado

Espesores	Japón		U.S.A.	U.K.	Alemania
mm (pulg)	NSC	JIS C 2553 (1975)	AISI (1975)	BS 601:Part 2 (1973)	DIN46400:Blatt3 (1973)
0.27 (0.0106)	Z6H 1.03 Z7H 1.11		M-4 1.27 (0.89)	28M4 (0.89)	VM89-27 1.40 (0.89)
0.30 (0.0118)	Z6H 1.05 Z7H 1.13 Z8H 1.22 Z8 1.22 Z9 1.33 Z10 1.47	G9 1.33 G10 1.47 G11 1.62	M-5 1.39 (0.97)	30M5 (0.97) 30M6 (1.08)	VM97-30 1.50 (0.97)
0.35 (0.0138)	Z7H 1.17 Z8H 1.26 Z9H 1.37 Z9 1.33 Z10 1.51 Z11 1.66	G10 1.51 G11 1.66 G12 1.83	M-6 1.57 (0.94)	35M6 (1.11) 35M7 (1.23)	VM111-35 1.65 (1.11)

Nota: Los valores de pérdidas son valores máximos garantizados en W/kg a 1,7 T y 50 Hz. Los valores entre paréntesis son dados a 1,5 T y 50 Hz.

Pérdidas para calidades equivalentes, material de grano no orientado

Espesores	Japón		U.S.A.	U.K.	Alemania
Mm (pulg)	NSC	JIS C 2552 C2554(1978)	AISI (1975)	BS 601:Part 2 (1973)	DIN46400:Blatt3 (1973)
0.35 (0.0138)	H8 2.20 H9 2.40 H10 2.65 H12 3.10 H14 3.60 H18 4.40 H20 5.00 H23 5.50	S09 2.40 S10 2.65 S12 3.10 S14 3.60 S18 4.40 S20 5.00 S23 5.50	M-15 2.53 M-19 2.75 M-27 3.13 M-36 3.31	Grado 250 2.50 Grado 265 2.65 Grado 315 3.15 Grado 335 3.35	V110-35A 2.70 V130-35 A 3.30
0.50 (0.0197)	H8 2.70 H9 2.90 H10 3.10 H12 3.60 H14 4.00 H18 4.70 H20 5.40 H23 6.20 H30 8.00 H40 10.50 H50 13.00 H60 15.50	S09 2.90 S10 3.10 S12 3.60 S14 4.00 S18 4.70 S20 5.40 S23 6.20 S30 8.00 S40 10.50 S50 13.00 S60 15.50	M-15 2.93 M-19 3.03 M-36 3.57 M-43 4.01 M-45 5.31 M-47 8.01	Grado 355 3.55 Grado 400 4.00 Grado 450 4.50	V135-50A 3.30 V150-50A 3.50 V170-50A 4.00 V200-50A 4.70 V230-50A 5.30 V260-50A 6.00 V360-50A 8.10