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Capítulo 9 - CALENTAMIENTO 1

TRANSFORMADORES: SU CÁLCULO Y CONSTRUCCIÓN

Capítulo 9 : CALENTAMIENTO

Ing. Claudio Dimenna Ing. Juan Carlos Stecca

Docentes:


El calentamiento del transformador depende exclusivamente de la energía calorífica producida por la potencia de pérdidas en el hierro y en el cobre, y que debe disipar al medio ambiente.

valores medios de pérdidas en transformadores de distribución

2208322083220832175021750217504005399739353830379737972000

1910019380193801898018980189803700335632963226315631561600

-----------------------------------------------------------------

217521582141206620502050477430435413389387100

17581718170216651640164040737437535133032975

12911283127412451228122031127928026624524250

84581881078778178124222122020819118230

59256056055254854820418418215014113720

43843842045045045015214814012211010815

34033532831531231211811511299888210

1801721751761751747580827260575

30 kV25 kV20 kV15 kV10 kV6 kV30 kV25 kV20 kV15 kV10 kV6

kV

Pérdidas en el cobre (W)Pérdidas en el hierro (W)SN en

kVA

Porque aumentan con la tensión ??


La temperatura máxima del aceite θacmax (en la parte superior de la cuba) no debe exceder del valor prescripto por la Norma IEC 60076-2 (60 ºC, sobre

una ambiente de 40 ºC), es decir la temperatura del aceite no debe superar a los 100 °C en la parte superior de la cuba.

A este calentamiento máximo del aceite (θacmax) le corresponde una elevación

media de temperatura interior θacm , que depende de la altura de la cuba y de la situación más o menos elevada del núcleo y bobinado dentro de la misma

Si no se dispone de ensayos directos puede tomarse para el calentamiento medio del aceite (θacm) un 85 % del valor máximo (θacmax).

maxm ac0,85ac

Hay una diferencia entre la temperatura media del aceite y la superficie de la cuba o radiadores, y que se considera de 8 °C aproximadamente. El calentamiento superficial de estos elementos (θc) es precisamente el que determina las posibilidades de disipación térmica del conjunto y será:


C8θac0,85C8θacθc maxm

Si tomamos como medida de seguridad, un calentamiento máximo del aceite de 5 ºC por bajo del límite admisible admitido por la Norma IEC 60076-2, es decir θacmax =55 ºC, tendremos el calentamiento medio a prever para la cuba o

radiadores (por sobre la ambiente) de:

C40C8C48C8θacθc m

Tanto la tapa de la cuba, por la multiplicidad de elementos malos conductores del calor (bornes, conmutadores, etc.), como el fondo de la cuba, por sus dificultades de radiación y convección, no se tienen en cuenta como superficies útiles de ventilación.

No interesa prolongar los elementos refrigeradores (aletas, tubos), bajo del plano inferior de los bobinados donde el aceite se mantiene ya casi frío y deja de ser activo a los efectos de disipación del calor.

48ºC55ºC0,85θac0,85θac maxm

Considerando una temperatura ambiente máxima de 40°C, le corresponderá una temperatura de 80°C en la cuba, 88°C de temperatura media del aceite y una máxima de 95°C en el mismo.


CUBAS LISAS

Estas cubas en gral. sólo se utilizan para transformadores pequeños (de hasta 10 o 15 kVA)

La transferencia del calor se produce por radiación y convección y ambos fenómenos intervienen en el mismo grado, dando en conjunto un coeficiente de refrigeración alrededor de 13,4 W/m2.ºC de elevación media de temperatura de la cuba, por sobre la temperatura ambiente.

La superficie lateral necesaria de cuba será: )()(º)(4,13

)( 2

2

mCc

mC

WWP

Sup tcuba


Ejemplo – Cuba lisa

Determinar la altura mínima de la cuba lisa de un transformador trifásico en aceite de 5 kVA, 10000/380 V, 50 Hz, conociendo que los lados de la base rectangular de la base de la cuba son 650 mm y 250 mm.Posee las siguientes pérdidas: en el hierro, Pfe= 60 W, y en el cobre, Pcu = 175 W.

Las pérdidas totales serán: Pt = Pfe + Pcu = 60 + 175 = 235 W.

Admitiendo un sobrecalentamiento medio de la cuba de 35 ºC se necesitará una superficie lateral de:

2

2

5,0º354,13

235

4,13m

CmC

WW

c

PtSupcuba

La base de la cuba rectangular es de 650 mm de largo y 250 mm de ancho, tendrá un perímetro de (650 + 250) x 2 =1800 mm.

Bastaría, pues, una altura de la cuba de: 0,5 m2 / 1,8 m = 0,28 m (28cm), valor que constructivamente queda excedido de sobras.


Dado que la cuba tiene un perímetro de 1,8 m, la altura de la cuba debe ser de 2,24/1,8= 1,25 m.

Al quedar desproporcionada la cuba se debe recurrir a colocar aletas, tubos o radiadores para proporcionar el transformador, a pesar de ser un pequeño.

De haber tenido una Pt=1050 W (6 veces mas) la superficie de disipación de la cuba debería ser:

2

2

24,2º354,13

1050

4,13m

CmC

WW

c

PtSupcuba


CUBAS CON ALETAS

La superficie de radiación efectiva es la que se desprende del perímetro circunscrito por los radiadores, en cambio para la convección interviene toda la superficie desarrollada de las aletas, mientras los canales de aire entre ellas permitan una circulación abundante del mismo.


2607,20,8521,5065030804009

2656,30,7431,5064530753508

2705,00,6401,5064327703007

2803,80,5381,5064124652506

2852,60,4371,2553921602005

2901,70,3341,0053718551504

3001,00,2341,0053515501003

3200,60,1830,803331245752

3500,30,1300,80331940501

Coef disipac. W/m2 para θacmax 55 °C

Vol aceite Litros/

m

Sup m2/m

f mm

e mm

d mm

c mm

b mm

a mm

Radiador tipo

Dimensiones de las aletas onduladas

Aletas onduladascoeficientes de disipación por metro lineal

Es frecuente también la utilización de aletas plegadas, cuyas dimensiones características y los coeficientes de disipación son:


2406,00,8801,50158040016

2454,60,7751,50137535015

2503,60,6701,50127030014

2552,80,5651,50116525013

2602,20,4601,25116020012

2701,50,3551,00105515011

2901,00,2501,00105010010

Coef disip. W/m2

θacmax 55°C

Volumen aceite

Litros/m

Superficie m2/m

f mm

c mm

b mm

a mm

Radiador tipo

Dimensiones de las aletas plagadas

Aletas plegadascoeficientes de disipación por metro lineal

Los valores de disipación de las tablas para aletas onduladas o plegadas, se refieren a la temperatura máxima del aceite θacmax de 55 °C, e indican, la cifra en W/m2 que pueden disipar las aletas para ese calentamiento máximo del aceite.


Cuba con aletas onduladas Cuba con aletas plegadas

Si el valor máximo de disipación por unidad de superficie, difiere de las cifras indicadas en las tablas, con el nuevo coeficiente de ventilación hallado (W/m2), puede determinarse en forma proporcional el calentamiento esperado θacfinal.

CfCtabladedisipaciónCoef

realdisipaciónCoefac ofinal 5555.

....

...


Ejemplo – Cuba con aletas.

Un transformador trifásico de distribución de 20 kVA, 30.000 ± 5 %/ 231 - 400 V, 50 Hz, tiene unas pérdidas en el hierro Pfe = 195 W, y en el cobre (en caliente) Pcu = 725 W; en total, Pt = 195 + 725 = 920 W. Las dimensiones en planta de la cuba son 635 mm de largo, 255 mm de ancho, o sea: 2 x (635 + 255) = 1780 mm. de perímetro, pero sólo lleva ondulaciones o aletas en las caras laterales de 635 mm de longitud.

La altura total de la cuba es de 775 mm. de los cuales sólo se utilizan 65 cm para las aletas, dejando el resto de la cuba lisa en la parte inferior. El marco y la tapa, no son operativos. Calcular las dimensiones y número de aletas a instalar, así como la temperatura esperada del aceite.

Dado que lleva aletas en las caras laterales largas, y que el ancho o profundidad de la cuba es de 255 mm, adoptaremos aletas chicas.

Se adopta aletas onduladas normalizadas del tipo 1: (a=50, y b=40mm)


En cada una de estas caras caben:

(635mm/40mm) = 15,87=16 aletas de 40 mm de paso, por 50 mm de alto.

En total en las dos caras caben 32 aletas.

La superficie total de aletas, de acuerdo a la Tabla será:

0,13 m2/m x 0,65 m x 32 = 2,7 m2

Las pérdidas por unidad de superficie serán: 22

3407,2

920

m

W

m

W

θacmax= 0,97 . 55 °C = 53 ºC

---------------------------------------------------2

3500,30,1300,80331940501

Coef disip. W/m2 para θacmax 55 °C

Vol aceite

Litros/m

Sup m2/m

f mm

e mm

d mm

c mm

b mm

a mm

Radiador tipo

Dimensiones de las aletas onduladas

97,0350

340fo


Ejemplo – Cuba con aletas.

Un transformador trifásico de 3500 kVA, 46/6 kV tiene unas pérdidas totales de 47 kW. La cuba posee 110 aletas (ondulas) de 2,60 m de altura y 300 mm de profundidad por 60 mm de paso (30 + 30), como se indica en la figura.

Hallar la temperatura máxima del aceite.

Desarrollo aproximado de una aleta en mm : 300 + 5 + 300 + 30 = 635 mm.

De acuerdo a la Tabla (que se transcribe parte de la misma a continuación), obtenemos el valor mas aproximado, para aletas del tipo 7, con 0,64 m2/m, y para esa superficie lineal las aletas deben tener pasos de 43 + 27=70 mm.


-----------------------------------------------------

2656,30,7431,5064530753508

2705,00,6401,5064327703007

2803,80,5381,5064124652506

--------------------------------------------------------

Coef disip. W/m2 θmax

55 °C

Volumen aceite

Litros/m

Superficie m2/m

f mm

e mm

d mm

c mm

b mm

a mm

Radiador tipo

Dimensiones de las aletas

Superficie de las 110 aletas del trafo = 110 x 2,6 m x 0,64 m= 183 m2

Perdidas por unidad de superficie: 22

257183

47000

m

W

m

W

Según la Tabla 9.3.1 anterior, con aletas de 0,64 m2 por metro lineal (que viene a corresponder a unas aletas normales de unos 300 mm de profundidad), se admitirían, 270 W/m2 con una elevación de temperatura 55 ºC en la zona superior del aceite

De acuerdo con ello el calentamiento a esperar es: 095270

257fo


θacmax = 0,95 . 55 °C =52 °C

De acuerdo a mediciones, se registra una elevación de temperatura en el nivel más alto del aceite de 67 ºC, consecuencia sin duda de la insuficiencia del paso de aire con las aletas de proporciones indebidas (separación entre aletas de 30 mm, en lugar de los 43 mm en las ondulaciones normales).

Es necesario mencionar que en este caso (utilización de aletas como medio de disipación de temperatura, no se tiene en cuenta la disipación de la cuba porque se entiende que la mayor parte de la misma esta cubierta por las aletas, anulando su influencia en la disipación.

Si solo se utilizan dos de las cuatro caras de cuba para colocar radiadores, obtendremos una menor temperatura a la calculada con las aletas, dado que las caras libres de la cuba contribuirán en la disipación.


CUBAS CON TUBOS

Son muy eficaces como elementos refrigeradores, y a veces, para mejorar aún esta acción, se emplean tubos de sección elíptica para mejorar la eficiencia de los mismos


La presencia de los tubos no anula la capacidad de transferir calor de la cuba misma, aunque la reduce a medida que aumenta el número de filas, número que puede variar, según los casos, de 1 a 5.

El coeficiente de disipación de la cuba estará afectado por la cantidad de filas de tubos, y esta dado por la siguiente tabla:

685340

764380

843420

902450

1001500

Coef. Disipación (%)

N° de filasCoef. Disipación

cuba (W/m2)Recordando que:

Coef refrig cuba 13,4 W/m2.ºC

Cc 40

y que como máximo:

22536

º4,13º40.

m

W

mC

WCdispCoef cuba

Los tubos son de hierro dulce, sin soldadura y pared delgada (aprox. 1 mm).

Coeficiente de disipación sin tubos y temperatura del aceite máxima de 55ºC


El coeficiente de ventilación por metro lineal de tubo, en W/m depende del diámetro de los mismos y el número de capas o filas en que éstos van dispuestos.

525965727850

485460657045

434852586240

374247505535

323740444830

273035384025

232528293220

54321Diámetro ext. tubos (mm)

Coef. Disipación (W/m) según N° de filas de tubos

Separación mímima entre filas ≈ 1,8 del diámetro del tubo.


Ejemplo – Cuba con tubos.

Un transformador de 1,5 MVA y de 20,5 kW de pérdidas totales, tiene una cuba de 1600 X 600 mm de dimensiones en planta, y 1700 mm altura. La refrigeración se realiza con tres filas de tubos de 2 pulgadas de diámetro. (50 mm, medidos exteriormente).

La altura media de los tubos es de 1100 mm, y la longitud media también por tubo 1500 mm; la distancia entre ejes es de 80 mm; y el número total de ellos, 162.

Determinar la temperatura máxima del aceite y la potencia disipada por los tubos y la cuba.

Superficie lateral de la cuba = (2 . 1,6 m + 2 . 0,6 m) . 1,7 m = 7,33 m2

El coeficiente de ventilación de la cuba, para 55 ºC de incremento máximo de temperatura del aceite, con 3 filas de tubos, según Tabla, es 420 W/m2.

685340

764380

843420

902450

1001500

Coef. Disipación (%)

N° de filasCoef. Disipación

cuba (W/m2)


Potencia disipada por la cuba = 7,33 m2 . 420 W/m2 = 3100 W.

Potencia a disipar por los tubos = 20500 – 3100 = 17400 W.

Longitud total de los tubos: 162. 1,5 m = 243 m

Potencia que se deben disipar por metro de tubo será:

mWm

WPubot /6,71

243

17400

Según la Tabla (que se transcribe parcialmente), los tubos de 50 mm de diámetro, en tres filas pueden disipar solamente 65 W/m lineal para que el calentamiento máximo del aceite no rebase los 55ºC sobre el ambiente.

525965727850

485460657045

-------------------------------

--------------------------------

54321Diámetro exterior tubos

(mm)

Coef. Disipación (W/m) según N° de filas de tubos


El incremento de temperatura sería, pues, con fo = (71,6/65) = 1,1 igual a:

1,1 . 55 °C= 60,6 ºC (≈10 % sobre los 55 ºC supuestos).

Partiendo de ese incremento del 10% en la temperatura del aceite, el coeficiente de disipación de la cuba y de los tubos mejoran en el mismo porcentaje, y pasan a ser:

Para la cuba 1,10. 420 = 461 W/m2.

Para los tubos 1,10. 65 = 70,5 W/m lineal.

En base a lo anterior, la cuba y los tubos pasarán a disipar:

Potencia disipada por la cuba = 7,33 m2. 461 W/m2= 3380 W

Potencia a disipar por los tubos = 20500 W- 3380 W = 17120 W

La potencia disipada por el conjunto es 3380 W + 17120 W = 20500 W.

Cacc 885,0 max


CUBAS CON RADIADORES

Se fabrican con elementos individuales de plancha de hierro soldada, y nervaduras de estampación para dar mayor rigidez a la estructura, y se agrupan en la cantidad necesaria para conformar un grupo y proveer la superficie de refrigeración necesaria

Resultan muy flexibles en cuanto a las posibilidades de alcanzar justamente la temperatura deseada del aceite, permitiendo a veces, según el tipo de construcción, añadir o suprimir elementos


312803,530,610

25,53202,92,50,69

13,33571,61,930,48

11,93601,431,730,47

10,33721,271,50,46

6,44000,790,930,45

4,84000,611,10,254

44150,510,920,253

3,44500,430,800,252

1,384880,210,60,161

Aceite por elemento en litros

Coef. Ventilación

θac max 55°C en W/m2

Sup. por elemento en

m2

Altura “H” en m

Ancho "a" en

m

Radiador tipo

Radiador tipo 2


La ubicación del centro de los radiadores en la cuba, respecto al centro de los bobinados es de importancia por el hecho de cuanto más elevados se encuentren los radiadores mayor será la disipación térmica por estar a mayor temperatura el aceite en las cercanías de la tapa.

Factor de corrección a aplicar al coeficiente de ventilación, en función de su posición del grupo de

radiadores en la cuba

1,11,051,0310,080,950,930,890,850,8Factor de corrección

10008007006005004003002001000Distancia Y en mm


El número de elementos por grupo de radiadores también influye en el coeficiente de disipación por interferencia térmica entre los radiadores de un mismo grupo.

Factor de corrección a aplicar al coeficiente de ventilación, en función del número de elementos por grupos

0,970,980,9911,021,061,1Factor de corrección

18-2116-1713-1510-12 6-9 4-53N.° de elementos

Otro condicionante en la capacidad de disipación de los radiadores lo constituye la distancia entre grupos de elementos o radiadores, y ello se debe a la interferencia entre los grupos que disminuyen los canales de circulación del aire.

Factor de corrección para el coeficiente de ventilación según la distancia entre ejes de grupos radiadores


10,950,90,850,80,75Factor de corrección

2a1,75a1,6a1,54a1,33a1,25aDistancia entre ejes Z

El último factor condicionante del coeficiente de disipación del elemento radiador es la sobreelevación de temperatura máxima admitida para el aceite.

Todos los coeficientes de las tablas anteriores son válidos para un θacmax = 55 °C.

De considerarse otra temperatura máxima, se debe afectar la disipación del radiador por los coeficientes de la siguiente tabla:

0,70,790,8911,1Factor de corrección

4045505560Calent. max aceite θac °C

Factor de corrección para el coeficiente de ventilación de los radiadores según el incremento máximo de temperatura del aceite.

El cálculo de la cantidad de radiadores por grupo, y la cantidad de grupos, se determinan en función de las pérdidas a disipar, el coeficiente de disipación afectados por los coeficientes de corrección, y de las dimensiones de la cuba.


La temperatura que alcanzarán los radiadores y la cuba dependerá del estado de carga.

En las imágenes siguientes se muestra una foto normal y una infrarroja de un radiador de transformador de distribución para una determinada carga.

Se nota claramente que la parte superior de los radiadores se encuentran a una temperatura mayor que la parte inferior, reforzando la idea de ubicar los mismos en la parte superior de la cuba, dado que la parte inferior de los radiadores tienen poca capacidad de disipación (la que depende del Δθ aceite-ambiente).


Ejemplo - Cuba con radiadores

Calcular el equipo de radiadores necesario para un transformador de 20000 kVA (20 MVA) y 145 kW de pérdidas, con una elevación máxima de temperatura de 50 ºC en el aceite.

Las dimensiones de la cuba son 5,12 m . 1,56 m en planta o sea 2. (5,12 + 1,56) =13,36 m de desarrollo o perímetro, y 3,2 m de altura. Se considera que el centro de los bobinados están a 1,55 m de la base de la cuba.

Se adopta, dado que la cuba mide 3,2 m de alto, radiadores del tipo 9, con H=2,5 m y coeficiente de disipación de 320 W/m2

312803,530,610

25,53202,92,50,69

13,33571,61,930,48

-----------------------------------------------

Aceite por elemento en

litros

Coef. Ventilación θacmax 55°C

en W/m2

Sup. por elemento

en m2

Altura H en m

Ancho "a" en m

Radiador tipo


La distancia “y” entre centro de radiadores y bobinado resulta ser de 1,95 - 1,55 = 0,40 m.

Los radiadores se dispondrán En la parte superior de la cuba

El centro de los radiadores quedarán del fondo de la cuba a: 3,2 m -2,5 m/2 = 0,40 m


1,11,051,0310,080,950,930,890,850,8Factor de corrección

10008007006005004003002001000Distancia Y en mm

El coeficiente de ventilación por m2 de radiadores, debe ser afectado por el coeficiente de corrección de distancia entre centros de bobinados y radiadores (y = 400 mm), por ello puede disipar 320 . 0,95 = 304 W/m2.

Por otro lado, dado que se impuso un calentamiento del aceite de solo de 50 ºC, el coeficiente de ventilación obtenido también se lo debe afectar por un nuevo factor de corrección, que según la tabla correspondiente es de 0,89

La reducción del valor del coeficiente de ventilación anterior se debe exclusivamente a la diferencia de alturas entre centros de bobinados y radiadores




Por aplicación de este segundo coeficiente de reducción, el coeficiente de ventilación será ahora 304 . 0,89 = 270 W/m2.

Montando los grupos de radiadores (de a = 0,6 m de ancho), a 1m, de distancia entre ejes (Z), la periferia de la cuba admitiría: 13,36 m / 1 m = 13,6 grupos = 13 grupos.

Se adopta un número par de grupos (12 grupos) con separación media (Z) de:

(13,36/12) =1,11 m = 1110 mm = 1,85 a.

10,950,90,850,80,75Factor de corrección

2a1,75a1,6a1,54a1,33a1,25aDistancia entre ejes Z

Interpolando se adopta : 0,97

El coeficiente de disipación se reduce finalmente a 270. 0,97 = 262 W/m2.

Se dispondrán 4 grupos en las caras de 5,12 m y 2 grupos en las caras de 1,56 m manteniendo la separación de 1,85a

145000 W /262 W/m2 = 553 m2 de radiadoresCon lo cual se precisarán:

Siendo a el ancho del elemento radiadiador


Considerando a la cuba como radiador, calculamos la superficie lateral de la cuba (útil como elemento refrigerador), 13,36 m x 3,2 m= 42,75 m2

Superficie necesaria de radiadores: 553 – 42,75 = 510,25 m2

Cada elemento tiene una superficie de 2,9 m2, por ello se necesitarán:

510,25 m2/2,9 m2 = 176 elementos

Los elementos por radiador serán: 176 elementos/12 grupos = 14,6 elementos = 15 elementos o radiadores por grupo.

0,970,980,9911,021,061,1Factor de corrección

18-2116-17

13-1510-12 6-9 4-53N.° de elementos

Para 15 radiadores por grupo, corresponde afectar al coeficiente de disipación (previo cálculo del Nº y ubicación de las baterías de radiadores) por el factor 0,99, pero en razón del pequeño factor de corrección, y teniendo en cuenta que se instalarán en total 12 grupos de 15 elementos (180 elementos en lugar de los 176 necesarios), se adopta la disposición calculada.


Conclusión: Se instalarían, pues, 12 grupos de 15 elementos cada uno (180 elementos en total), de 2,5 m de altura por radiador, con

distancia entre centros de radiadores de 1 m.

ENFRIAMIENTO POR VENTILACIÓN FORZADA


La ubicación de los forzadores de aire siempre presenta una desigualdad en el enfriamiento de los radiadores, ya sea colocados en forma lateral o en la parte inferior.

Las imágenes muestran una ventilación de los radiadores mediante forzadores de aire ubicados en forma lateral. Se observa que los radiadores mas alejados trabajan a una temperatura mayor.

Cuando los forzadores están ubicados debajo de los radiadores, la parte superior de los radiadores (donde se encuentra el aceite a mayor temperatura) es recorrido por aire caliente con menor capacidad de disipación de calor, aunque esta opción es la más conveniente, por estar equilibrado térmicamente.

Foto normal Foto infrarroja


La potencia nominal de cualquier transformador depende de la temperatura máxima alcanzada por los arrollamientos, sin que se deteriore su aislación.

Para aumentar la potencia que entrega el transformador con ventilación natural, se recurre a aumentar la velocidad del aire que barre las superficies de refrigeración con forzadores de aire, mejorando la convención y transferencia del calor, evitando el aumento de temperatura del aceite por incremento de pérdidas en los arrollamientos.

Puede expresarse dicha velocidad del aire (m/s) en función de la altura H (m) del radiador, es decir que para un cierto radiador instalado en un transformador, y calculado para disipar las pérdidas con ventilación natural, si se aumenta la velocidad de circulación del aire es como si se aumentara su altura H.

En forma aproximada esta relación entre la velocidad del aire (va ) y la altura de los radiadores (H) en % está dada por:

67,1)100

%(H

va


Coeficiente relativo de refrigeración con ventilación forzada

Asignada la velocidad del aire para alcanzar el nivel conveniente del coeficiente de refrigeración, el caudal que han de suministrar los ventiladores es:

Qa = Va Sa (m3/s) con Va en m/s , y Sa en m2


La sección de paso del aire Sa se supone igual a la proyección horizontal de todos los elementos, determinada por los rectángulos circunscritos a cada grupo, como se indica en la figura.

El espacio ocupado por las aletas con aceite, resulta compensado por el espacio entre aletas de grupos de radiadores contiguos

Siendo el calor especifico del aire caliente a unos 50 ºC (con 35ºC de ambiente):

Cm

JouleCa º

10903


El incremento de temperatura del aire valdrá aproximadamente:

a

ta Q

PQ

1090

Pt = potencia absorbida por el aire en W

Qa =caudal del aire en m3/s

Ejemplo – Cuba con forzadores de aire

Calcular el equipo de ventiladores a añadir al transformador anterior, cuyos datos eran 20000 kVA, 145 kW de pérdidas totales, para permitir una sobrecarga constante del 25 % suponiendo que la relación normal de pérdidas sea Pcu / Pfe = 4,5. Calentamiento máximo del aceite 50 grados centígrados

Pcu + Pfe = 145 kW Pcu / Pfe = 4,5 Pfe = 26 kW, y Pcu = 119 kW

Al aumentar la carga (corriente) un 25 %, las pérdidas en el cobre pasarán a ser un (125%)2 más, es decir:

1,252. 119 kW= 186 kW


186 kW+ 26 kW = 212 kW. Las pérdidas totales en sobrecarga será:

El incremento de temperatura (debida a la sobrecarga) del cobre y la del aceite en sus inmediaciones, aumentará también un 1,252 = 1,56.

Se supone que sin la sobrecarga, la sobreelevación de temperatura del aceite en las inmediaciones del bobinado es bastante alta, del orden de 50 °C (80°C con una ambiente de 30°C)

La sobreelevación de temperatura del aceite pasaría a ser con sobrecarga:

50°C . 1,56 = 78 ºC; 28 ºC más que sin sobrecarga

Se producirá necesariamente, un aumento de la temperatura máxima del aceite, llegando a 108 °C (con temperatura ambiente de 30°C), valor inadmisible.

Se debe realizar una reducción de 28 ºC de la temperatura del aceite (para volver a tener 80°C en el aceite) aumentando el coeficiente de disipación de los elementos refrigeradores.




Lo anterior supone una mayor disipación calórica, y un aumento del coeficiente de disipación, el que se debe afectar por la relación de los factores 0,89 y 1,3 (estimado) que resultan de la tabla de corrección de temperatura del aceite vista con anterioridad

El coeficiente de disipación (o la superficie de disipación) debe aumentarse desde:

68,03,1

89,0 a 1, es decir debe aumentarse un 32% la disipación

Dado que no es posible aumentar el tamaño de los radiadores o el número de elementos o grupos, es necesario aumentar la circulación del aire a:

smsmH

va /.6,1/.58,1100

%132)

100

%(

67,167,1

1,3

78


2 . 0,04 m . 0,25 m = 0,02 m2 por elemento


Los 180 elementos cubren una sección total de : Sa = 180 . 0,02 = 3,6 m2

El caudal del aire total que deben lanzar los forzadores o ventiladores es:

smmsmSVQ aaa /8,56,3/6,1 32

Se adopta como caudal mínimo necesario de 6 m3/s, que al tener el transformador 12 grupos de radiadores se resuelve instalar un forzador por grupo con un caudal de aire mínimo de 0,5 m3/s cada uno.

GeneralidadesLa serie "K" está especialmente diseñada para aplicaciones industriales, bajo condiciones de servicio severas y permanentes, en ambientes con alto porcentaje de humedad relativa y temperaturas que van de 25ºC a 40ºC (Ejecución 1); y hasta 80ºC (Ejecución 2); pueden trabajar vertical u horizontalmente. Cubren una gama de caudales que van desde: 360m3/h hasta 64.800m3/h. Se producen con álabes de polipropileno y fibra de vidrio, y a pedido en aluminio.

Se selecciona forzadores de la marca comercial GATTI, de la serie “K”

(30 m3/min o 1800 m3/h)


Se selecciona un equipo:KUM 350 / 4 P 0,25

Codificación:

1- TIPO DE HÉLICE: K (axial); W (helicoidal2- TIPO DE ARO: R (simple brida); U (doble brida)3- TIPO DE MOTOR: T (trifásico); M (monofásico).4- DIÁMETRO DEL ARO: en mm.5- POLOS DEL MOTOR6- MATERIAL DE LA HÉLICE7- HP MOTOR8- OTROS DATOS:


Único caso en que la cuba no actúa disipando calor


Si bien las aletas, tubos y radiadores son los métodos mas eficientes y utilizados en la evacuación del calor al medio ambiente, podemos ver que algunos fabricantes recurres a construcciones alternativas, aunque estéticamente dejan mucho que desear.

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