Un transformador es una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión eléctrica basándose en la teoría de inducción electromagnética. Los transformadores se clasifican de acuerdo a su construcción y a su capacidad, pero en esta ocasión nos enfocaremos en los denominados Transformadores de potencia, los cuales pueden llegar a manejar hasta 20 MVA.
La ventilación aplicada a un transformador de potencia es muy importante, ya que ésta es la responsable de la disipación del calor producido y se hace a través de una red de radiadores. Al tener este tipo de enfriamiento evitamos que el aislamiento de los devanados se funda y que puedan entrar en corto circuito el transformador.
Estos son algunos beneficios por tener un enfriamiento adecuado:
- Mejorar la eficiencia lo que se traduce en un ahorro de energía.
- Se puede incrementar la capacidad en KVA del transformador.
- Se logra aumentar significativamente la vida del trasformador.
El tipo de enfriamiento en este método también es conocido como enfriamiento de tiro forzado y es usado típicamente en transformadores de potencia tipo seco o sumergido en líquido aislante que puede ser aceite, entre otros.
El equipo a utilizar debe ser un ventilador con ciertas características especiales, ya que recordemos que ponemos en riesgo a todo el transformador, el cual se puede dañar por un sobrecalentamiento si el ventilador llegara a presentar algún fallo.
Dicho ventilador debe tener algunas de las siguientes características:
- Ser resistente a la intemperie, con un recubrimiento adecuado, que puede ser pintura o galvanizado por inmersión en caliente, grado de protección ambiental mínimo C3.
- Debe contar con un dispositivo de protección por sobrecalentamiento para el motor y dren.
- Rejillas de protección tipo OSHA.
- El flujo debe tener la suficiente presión dinámica para atravesar completamente las obleas del radiador, y así lograr un flujo m´ás uniforme.
Ahora bien, la ubicación de los ventiladores debe ser lo más uniforme posible, ya que siempre presenta una desigualdad en el enfriamiento, como comentábamos anteriormente. Para aumentar la capacidad del transformador es necesario aumentar la refrigeración para mejorar la convección y transferencia de calor.
CÁLCULO
El siguiente punto a tratar es un cálculo sencillo para aprender a definir la capacidad de ventilación adecuada. Hay que tomar en cuenta que es para un transformador de potencia con radiadores de 180 obleas.
Para lograr el enfriamiento debemos aumentar la velocidad del aire que pasa a través de las obleas del radiador. Pasar el aire a una mayor velocidad se puede traducir directamente al incremento de la altura del radiador (área) y se puede expresar con la siguiente formula:
Dónde:
v = Velocidad (m/seg)
H= altura del radiador (m)
1.67 = coeficiente de refrigeración
Ejemplo:
Si esta fórmula la ponemos en práctica para un transformador de 20 MVA con un dato de diseño de 55°C de calentamiento máximo, y que por tener una ventilación deficiente o nula presenta una sobre carga en el cobre y del aceite. Dicha carga aumenta en un 20% la carga de corriente, por lo que el incremento de temperatura se verá afectado también en proporción: 1,22 = 1,44. Conociendo el dato sacamos la misma razón a los 55°C, lo que quiere decir que el transformador podría alcanzar hasta los 80°C.
Lo anterior supone una mayor disipación calórica y un aumento del coeficiente de disipación, que es afectado por la relación de los factores 1 y 1,3 respectivamente, que resultan de la tabla de corrección de temperatura del aceite:
Con estos datos podemos calcular el coeficiente de disipación:
Lo que quiere decir que tenemos una disipación del 24%.
Como hemos dicho anteriormente, este % va en función del incremento del área de los radiadores, o bien al % del incremento del flujo (y velocidad) de aire a través de los radiadores y empezaremos de la siguiente forma:
Cálculo de la velocidad de a través de las obleas
Usaremos la fórmula antes mencionada:
Dónde:
H= altura de radiador, o bien, el coeficiente de disipación %= 124 (es el valor que tendría que aumentar el área del radiador).
Cálculo del caudal
Ahora que conocemos la velocidad del aire, aplicamos nuestra fórmula de continuidad, en este caso debemos conocer el área de los radiador. Para este caso supondremos que el área del radiador es de 3.2 m2.
Q= v x A
Dónde:
Q= Caudal
V= Velocidad del aire = 1.43 m/seg
A= área del radiador = 3.2 m2
Q = v X A = (1.43 m/seg) (3.2 m2) = 4.576 m3 / seg = 16,473 m3/hr
Ya por último, una vez identificado el modelo adecuado para la aplicación, debemos seleccionarlo de acuerdo a la tabla:
Para este ejercicio, pondríamos 3 equipos modelo VT-446 con 5,304 m3/hr o bien podríamos instalar 2 pzas de VT-444 con flujo de 8,112 m3/hr.
