En el sector ferroviario, la continuidad del servicio es un requisito de sistema: una parada, una anomalía o un comportamiento no conforme afectan no solo a la productividad, sino también a la fiabilidad operativa y a la seguridad.
En este contexto, Ortea ha sido seleccionada por una empresa italiana, parte de una gran multinacional que ofrece soluciones de infraestructura completas e integradas para la industria ferroviaria global, para un programa anual con entregas trimestrales de numerosos transformadores dedicados a sistemas UPS.
El objetivo de este artículo es explicar cómo se debe trabajar para realizar un transformador UPS para el sector ferroviario y cómo Ortea afronta el reto de diseño cuando entran en juego especificaciones exigentes, restricciones dimensionales y normativas específicas.
¿CÓMO SE DISEÑA UN TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO PARA UN UPS FERROVIARIO?
Un transformador UPS ferroviario no es un simple transformador de aislamiento. A menudo debe trabajar con rectificadores 12 pulses, gestionar harmonics, respetar valores de impedancia/inductancia de cortocircuito exigidos por la especificación, limitar la corriente de inrush y la corriente en vacío, encajar en una huella impuesta y cumplir normativas ferroviarias (además de las generales).
Ortea lo diseña con cálculo multi-físico magnético + térmico + mecánico y lo industrializa con planificación de producción y entregas repetidas.
¿POR QUÉ EN EL SECTOR FERROVIARIO ES MÁS COMPLEJA LA INGENIERÍA DE TRANSFORMADORES UPS?
Un UPS ferroviario debe garantizar continuidad incluso en condiciones no ideales: perturbaciones de red, cargas sensibles, restricciones de instalación y requisitos que rara vez están “alineados”. En estas aplicaciones el transformador no es un componente accesorio: influye directamente en la power quality, la compatibilidad con convertidores (rectificador/inverter), el rendimiento térmico y el cumplimiento de especificaciones.
En el caso de referencia, la cadena UPS requiere dos familias: un transformador de entrada al rectificador (arquitectura 12 pulses) y un transformador a la salida del inverter para adaptación de tensión y control de harmonics.
La complejidad aumenta por harmonics de corriente y tensión que afectan pérdidas y calentamiento, límites térmicos muy restrictivos (clase térmica y elevación de temperatura), huella ajustada y requisitos mecánicos/de conexión, además de normativas ferroviarias dedicadas.
ARQUITECTURA TÍPICA: TRANSFORMADOR RECTIFICADOR + TRANSFORMADOR INVERTER
TRANSFORMADOR PARA RECTIFICADOR 12 PULSES (SISTEMA HEXAFÁSICO)
Para un rectificador 12 pulses, útil para contener el ripple y reducir la perturbación hacia la red, se necesita un transformador con dos secundarios que generan dos ternas trifásicas.
Los requisitos suelen incluir una impedancia elevada entre primario y secundarios (en el caso descrito: Vcc% importante), a menudo obtenida con reactancia integrada (shunt) para reducir huella y costes sin comprometer la linealidad, con atención a la saturación. También es crítica la impedancia entre los dos secundarios, que limita sobrecorrientes en el convertidor y depende de la geometría y la separación de los bobinados; aquí la precisión de cálculo marca la diferencia.
Otro requisito frecuente es una baja corriente en vacío, a menudo impuesta en la especificación e influida por la calidad del acero, la inducción elegida y la ejecución constructiva, no solo por el diseño “sobre el papel”.
TRANSFORMADOR A LA SALIDA DEL INVERTER (ELEVADOR + CONTROL DE HARMONICS)
A la salida del inverter, se requiere un transformador para adaptar la tensión (por ejemplo hacia 400 V) y, al mismo tiempo, limitar harmonics de corriente mediante reactancia de dispersión. Una solución típica es la dispersión en aire con Vcc% dedicada. Además, el núcleo debe gestionar el efecto térmico de las harmonics de tensión inyectadas por el inverter.
CÁLCULO MULTI-FÍSICO: UN COMPROMISO DE DISEÑO CONTROLADO
En ferroviario es habitual tener objetivos exigentes y parcialmente contrapuestos: minimizar huella, limitar pérdidas y calentamiento, contener la corriente de inrush, respetar Vcc%/Xcc% requeridos y mantener baja corriente en vacío. Por eso el compromiso de diseño debe estar gobernado.
Diseñar un transformador UPS ferroviario significa controlar con precisión el comportamiento del núcleo y los bobinados en nominal y ante harmonics, dispersión intencional (o impuesta), restricciones geométricas y límites térmicos. Ortea lo aborda con un enfoque multi-físico que integra diseño magnético (flujos, inducción, pérdidas en el hierro, dispersión, impedancias entre bobinados), eléctrico (Vcc/Xcc, corrientes de cortocircuito, impacto de harmonics y compatibilidad con rectificadores/inverter), térmico (pérdidas cobre/hierro, elevación admisible, disipación vs huella y ventilación) y mecánico/constructivo (layout interno, distancias, terminales, cableado y repetibilidad productiva).
No se trata de adaptar un transformador estándar, sino de diseñarlo alrededor de la especificación ferroviaria, encontrando el equilibrio óptimo entre prestaciones, conformidad e industrialización para garantizar suministros repetibles y coherentes en el tiempo.
INDUCTANCIAS/IMPEDANCIAS DE CORTOCIRCUITO (XCC/VCC%) Y REACTANCIAS INTEGRADAS
Cuando se exigen valores elevados entre primario y secundarios, una reactancia integrada suele ser la opción más eficaz para limitar la huella. Debe dimensionarse para evitar saturación y garantizar linealidad.
PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO Y ELECCIÓN DEL ACERO (GO)
Las harmonics pueden aumentar de forma sensible las pérdidas en el hierro. La selección de acero de grano orientado (GO) y su espesor es determinante porque impacta temperatura, coste y fiabilidad. En ferroviario, con límites térmicos y continuidad muy estrictos, esta decisión debe basarse en cálculos precisos y know-how específico.
CORRIENTE EN VACÍO Y CORRIENTE DE INRUSH
Reducir la corriente de inrush puede ir en dirección opuesta a la corriente en vacío y a las pérdidas en el hierro (por ejemplo aumentando el entrehierro). El mejor resultado proviene de combinar elección del acero, dimensionamiento de entrehierros y calidad constructiva.
TERMINALES Y RESTRICCIONES MECÁNICAS
En ferroviario suele requerirse una disposición específica de terminales y conexiones dedicadas. Esto implica precisión mecánica y un layout interno complejo.
TEMPERATURA: ELEVACIÓN MÁXIMA Y CLASE TÉRMICA
El diseño busca limitar pérdidas y optimizar superficies de disipación para respetar límites térmicos. En el caso citado: clase térmica B con elevación limitada, en línea con la especificación.
CONFORMIDAD NORMATIVA: DISEÑAR “A ESPECIFICACIÓN”, NO ADAPTAR A POSTERIORI
En ferroviario, la conformidad no es un anexo final: es un driver de diseño. El enfoque correcto parte del análisis de la especificación (requisitos eléctricos, térmicos, dimensionales y de conexión), continúa con un diseño magnético coherente y se completa con verificaciones e industrialización orientadas a la repetibilidad, para que cada lote cumpla las mismas prestaciones y restricciones de instalación.
En el caso de referencia, los transformadores se declaran conformes también con normativa ferroviaria dedicada, además de normas generales.
MÁS ALLÁ DEL “DISEÑO”: SUMINISTROS CONTINUOS PROGRAMADOS
El proyecto incluye un programa anual con entregas trimestrales. Esto requiere estandarización donde sea posible y customización donde sea necesario, control de la lista de materiales y materias primas críticas, gestión de variantes y trazabilidad, procesos repetibles de fabricación y pruebas, y coordinación logística para entregas cadenciadas alineadas con el cliente.
Para el cliente significa continuidad de suministro, con la tranquilidad de recibir cada trimestre un producto coherente con la especificación, las prestaciones esperadas y las restricciones de instalación, reduciendo el riesgo de paradas, retrabajos o retrasos de obra.
POR QUÉ ELEGIR ORTEA COMO PARTNER PARA TRANSFORMADORES UPS EN FERROVIARIO
Ortea reúne know-how de cálculo multi-físico (magnético + térmico + mecánico) para requisitos complejos y a veces contrapuestos, experiencia en arquitecturas UPS (rectificadores 12 pulses y transformadores inverter) con atención a harmonics, pérdidas y comportamiento dinámico del sistema magnético en condiciones reales, y un enfoque guiado por especificación donde huella, terminales, Vcc/Xcc, corrientes en vacío y de inrush, límites térmicos y restricciones de instalación se convierten en parámetros controlados.
A esto se suma la fiabilidad de suministro: capacidad de planificar producción y entregas repetidas, especialmente útil en proyectos progresivos, obras o planes multi-site que exigen coherencia lote a lote.
FAQ
¿UN TRANSFORMADOR UPS FERROVIARIO ES IGUAL A UN TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO ESTÁNDAR?
No. A menudo debe cumplir requisitos adicionales ligados a rectificador/inverter (harmonics, impedancias entre bobinados, corrientes en vacío y de inrush), restricciones de huella y conformidad con normativas ferroviarias.
¿POR QUÉ SE USA UN RECTIFICADOR 12 PULSES Y QUÉ CAMBIA PARA EL TRANSFORMADOR?
El 12 pulses ayuda a contener el ripple y a reducir la perturbación hacia la red, pero exige un sistema hexafásico obtenido con un transformador de dos secundarios (dos ternas trifásicas) y con impedancias entre bobinados diseñadas con precisión.
¿QUÉ SIGNIFICA “REACTANCIA INTEGRADA” EN EL TRANSFORMADOR?
Es una solución que integra el efecto de reactancia para alcanzar la impedancia requerida limitando la huella. Debe diseñarse evitando saturación y garantizando linealidad.
¿POR QUÉ LAS HARMONICS SON TAN IMPORTANTES PARA EL NÚCLEO Y LA TEMPERATURA?
Porque incrementan las pérdidas (también en el hierro) y, por tanto, el calentamiento. La selección de materiales y la optimización del núcleo son clave para respetar los límites térmicos de la especificación.
