CALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓ1 - Rosalina Alvarado Tirado

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CALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN
DE LOS TRANSFORMADORES
7-1. Generalidades
El problema del aumento de temperatura y de la refrigeración de los transformadores es esencialmente el mismo que el de las máquinas giratorias. Lo mismo que en éstas, las pérdidas desarrolladas en los núcleos del transformador y los devanados durante el funcionamiento se convierten en energía térmica y originan el calentamiento de las partes correspondientes del transformador. Desde estas fuentes el calor es dirigido, debido a los gradientes térmicos, a los sitios en que puede ser transferido a un medio refrigerante, es decir, al aire o al agua, dependiendo del método de refrigeración del transformador. La disipación del calor ocurre de la misma manera que en las máquinas eléctricas, es decir, por medio de radiación y convección.
La teoría del calentamiento y el enfriamiento del cuerpo homogéneo, que es fundamental para el análisis de las condiciones térmicas del funcionamiento de las máquinas eléctricas, puede ser aplicada igualmente a los transformadores. En las explicaciones que siguen consideraremos a los transformadores sumergidos en aceite como tipo fundamental de transformador de potencia. En comparación con las máquinas giratorias, las condiciones térmicas de este transformador presentan numerosas singularidades que deben ser analizadas individualmente.
7-2. Métodos de refrigeración del transformador sumergido en aceite
Las condiciones térmicas de un transformador sumergido en aceite dependen en gran extensión de su método de refrigeración. Los transformadores se clasifican según que estén provistos de: a) refrigeración natural de aceite; b) refrigeración de aire forzado por chorro o insuflación de aire; c) refrigeración por circulación forzada de aceite
CALOR Y DISIPACIÓN, SUMERGIDO EN ACEITE
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con el subsiguiente enfriamiento del aceite por medio de refrigeradores de agua o aire.
Los transformadores sumergidos en aceite enfriado por aire natural producidos en la U.R.S.S. se construyen para potencias nominales de hasta 7.500 kVA; para potencias nominales más altas se utiliza refrigeración por chorro de aire, y en casos especiales, refrigeración por circulación forzada de aceite.
7-3. Flujo de calor y condiciones de disipación del calor en un transformador sumergido en aceite
Supongamos que el proceso térmico en un transformador ha alcanzado el estado estacionario y, por consiguiente, todas las partes del transformador han alcanzado una temperatura constante y un
o/	tí
Fig. 7-1. — (a) Convección del aceite y (ó) curvas de distribu-
ción del aumento de temperatura en transformador con tanque
provisto de tubos para la refrigeración.
/, devanado; 2, núcleo; 3. bobina; 4. superficie de tubo.
aumento constante de temperatura con respecto a la del medio refrigerante d0.
El fenómeno de distribución del flujo calorífico y la temperatura en las diversas partes de un transformador sumergido en aceite es de naturaleza compleja y se investiga con dificultad. Para facilitar el cálculo del transformador con respecto al calentamiento, todas las trayectorias del calor desde la parte caliente al medio refrigerante se dividen en varias secciones naturales, a saber: 1) desde los puntos internos más calientes de una parte dada (de núcleo o devanado) a sus superficies exteriores en contacto con el aceite; 2) desde la superficie exterior de una parte dada del transformador hasta el aceite
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que lo enfría; 3) desde el aceite hasta las paredes de un refrigerador, por ejemplo, del tanque; 4) desde las paredes del tanque hasta el medio refrigerante, aire o agua. En la sección 1 el calor es transferido por conducción, en las secciones 2 y 3 es transferido por convección del aceite y en la sección 4 por radiación y convección.
La más importante de estas secciones es la 3. La figura 7-1 a representa el camino de las corrientes de convección en el aceite de un transformador con tanque tubular (refrigeración natural del aceite). Los ensayos han demostrado que, a una temperatura media de trabajo del aceite Oo = 50 a 60"C y con una viscosidad correspondiente del aceite a esta temperatura, el coeficiente de transferencia de calor por convección del aceite es
Xoc. = 40,3 X V~.	(7-1)
Aquí,
t es la diferencia de temperatura de la superficie del aceite con respecto al aceite en grados C, y
H es la altura de la superficie de disipación térmica en metros.
Si suponemos que en condiciones promediales r = 20°C y H = 0,5 a 1 m,
= 80 a 100 W/"C ma.
Este valor excede aproximadamente 10 veces el coeficiente de convección en el aire (§ 6-3). Esto constituye la propiedad más valiosa del aceite como medio conductor del calor.
Cuando se considera la distribución de las temperaturas en el núcleo y los devanados, suponemos, por ejemplo, que no tiene lugar cambio alguno de calor entre el núcleo y los devanados, así como entre los devanados, ya que están separados entre sí por canales de aceite.