¡Hola! Como proveedor de transformadores de tipo seco, últimamente he recibido muchas preguntas sobre cómo estos chicos malos disipan el calor. Así que pensé en tomarme unos minutos para desglosarlo.
En primer lugar, hablemos de por qué la disipación de calor es tan importante. Cuando un transformador está en funcionamiento, genera calor debido a las pérdidas eléctricas en los devanados y el núcleo. Si este calor no se disipa adecuadamente, puede hacer que la temperatura del transformador aumente, lo que puede provocar una gran cantidad de problemas, incluida una eficiencia reducida, envejecimiento prematuro e incluso fallas.
Entonces, ¿cómo se mantienen fríos los transformadores de tipo seco? Bueno, hay algunos mecanismos diferentes en juego y repasaré cada uno de ellos en detalle.
Convección Natural
Uno de los mecanismos de disipación de calor más básicos utilizados en los transformadores de tipo seco es la convección natural. Este es el proceso mediante el cual el aire caliente sube y el aire frío desciende, creando un flujo natural de aire alrededor del transformador.
En un transformador de tipo seco, los devanados y el núcleo suelen estar encerrados en una carcasa metálica. A medida que el transformador se calienta, el aire dentro del recinto también se calienta y asciende. Esto crea un área de baja presión en la parte inferior del recinto, que aspira aire frío del exterior. Luego, el aire frío fluye sobre los devanados y el núcleo, absorbiendo el calor y llevándolo.
La convección natural es una forma sencilla y eficaz de disipar el calor, pero tiene sus limitaciones. Es más efectivo cuando el transformador funciona con cargas bajas y en un área bien ventilada. Si el transformador funciona con cargas elevadas o en un espacio confinado, es posible que la convección natural no sea suficiente para mantener la temperatura bajo control.
Enfriamiento por aire forzado
Para superar las limitaciones de la convección natural, muchos transformadores de tipo seco están equipados con sistemas de refrigeración por aire forzado. Estos sistemas utilizan ventiladores para soplar aire frío sobre los devanados y el núcleo, aumentando la tasa de transferencia de calor.
Hay dos tipos principales de sistemas de refrigeración por aire forzado: autoenfriado (AN) y enfriado por aire forzado (AF). En un sistema autoenfriado, los ventiladores sólo se utilizan cuando el transformador funciona con cargas bajas. Cuando la carga aumenta, los ventiladores se encienden automáticamente para proporcionar refrigeración adicional. En un sistema de refrigeración por aire forzado, los ventiladores siempre están funcionando, proporcionando una refrigeración continua independientemente de la carga.
El enfriamiento por aire forzado es más efectivo que la convección natural para disipar el calor, especialmente con cargas elevadas. Permite que el transformador funcione a temperaturas más altas y durante períodos de tiempo más largos sin sobrecalentarse. Sin embargo, los sistemas de refrigeración por aire forzado también requieren más energía para funcionar, lo que puede aumentar los costes operativos del transformador.
Transferencia de calor radiativo
Además de la convección natural y el enfriamiento por aire forzado, los transformadores de tipo seco también disipan el calor mediante transferencia de calor por radiación. Este es el proceso mediante el cual se transfiere calor de un objeto caliente a un objeto más frío mediante radiación electromagnética.
En un transformador de tipo seco, los devanados y el núcleo emiten radiación infrarroja, que es absorbida por el aire circundante y la carcasa metálica. La radiación absorbida calienta el aire y el recinto, que a su vez disipa el calor mediante convección y conducción naturales.
La transferencia de calor por radiación es un componente relativamente pequeño de la disipación de calor total en un transformador de tipo seco, pero aún puede tener un impacto significativo en la temperatura del transformador. Al utilizar materiales con alta emisividad (la capacidad de emitir radiación), se puede aumentar la tasa de transferencia de calor radiativo, lo que puede ayudar a mantener bajo control la temperatura del transformador.
Disipadores de calor
Otra forma de mejorar la disipación de calor de los transformadores de tipo seco es utilizar disipadores de calor. Los disipadores de calor son dispositivos de enfriamiento pasivos que están diseñados para aumentar la superficie del transformador, permitiendo que se disipe más calor mediante convección y radiación.
Los disipadores de calor suelen estar fabricados de materiales con alta conductividad térmica, como el aluminio o el cobre. Están unidos a los devanados y al núcleo del transformador y ayudan a transferir el calor del transformador al aire circundante.
Los disipadores de calor pueden ser muy eficaces para disipar el calor, especialmente en aplicaciones donde el espacio es limitado y la refrigeración por aire forzado no es práctica. Sin embargo, también pueden agregar peso y costo al transformador, por lo que deben diseñarse y dimensionarse cuidadosamente para garantizar que proporcionen la máxima cantidad de enfriamiento con el mínimo costo adicional.
Conclusión
¡Ahí lo tienes! Estos son los principales mecanismos de disipación de calor utilizados en los transformadores de tipo seco. Al combinar convección natural, enfriamiento por aire forzado, transferencia de calor por radiación y disipadores de calor, los transformadores de tipo seco pueden disipar efectivamente el calor generado durante la operación, asegurando un rendimiento confiable y eficiente.
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Referencias
- Ingeniería de subestaciones de energía eléctrica, tercera edición de Turan Gonen
- Ingeniería de transformadores: diseño, tecnología y diagnóstico por George Karady y G. Venkata Subrahmanyam