Transferencia de Calor Conjugada con un Radiador Aceite-Aire Empleado en Transformadores de Potencia-Edición Única

Abstract

Acevedo Mascarúa, Joaquín

En este trabajo se efectuaron simulaciones numéricas para investigar la convección forzada en un radiador utilizado para enfriar el aceite que sirve como medio refrigerante en transformadores de potencia. En este caso dicho enfriamiento se efectúa empleando aire. Como primer paso para llevar a cabo la investigación se elaboró un modelo físico, geométricamente sencillo, pero representativo de las características de un radiador. El radiador considerado para el estudio se eligió de Large Power Transformers, de K. Karsai. Luego se procedió a elaborar el modelo computacional que represente al modelo físico. Dicho modelo computacional consta de 680000 elementos de forma hexahedral, con una longitud de 8 mm cada uno. Las dimensiones genéricas del dominio son (300 x 45 x 1000mm) Este dominio es flexible en cuanto a su longitud, es decir, se puede alargar o acortar. Los modelos fueron generados usando el Preprocesador Gambit™, mientras que el cálculo numérico se efectuó utilizando el Código de CFD Fluent™. Debido a que, en este caso, por el interior del dominio circulan dos fluidos con paredes metálicas entre si, paredes por donde se transfiere la energía del aceite al aire, el modo de transferencia de calor en el interior del dominio corresponde a lo que se denomina como transferencia de calor conjugada. Las características térmicas del radiador considerado son: • Velocidades de entrada del aceite, (0.0025, 0.005 y 0.01) m/s • Temperaturas de entrada del aceite, (60, 80 y 100) °C • Velocidades de entrada del aire, (0.075, 0.15 y 0.3) m/s • Temperaturas de entrada del aire, (0, 20 y 40) °C • Altura del modelo, (1, 1.5 y 2) m. La temperaturas de salida, tanto del aceite como del aire, obtenidas mediante las simulaciones, comparadas con las obtenidas mediante procedimientos analíticos, tienen una diferencia de 0.33% y 0.08 % respectivamente. En cuanto al calor transferido del aceite al aire, la diferencia correspondiente es de 2.94 %. Estas diferencias demuestran que el modelo computacional representa cabalmente al modelo físico. Sin embargo el modelo físico empleado resulta de efectuar simplificaciones fuertes a la geometría del radiador y esto hace ver la necesidad de efectuar simulaciones considerando íntegramente la geometría del radiador.