RESUMEN: Con este trabajo se ha buscado estudiar la viabilidad de emplear líquidos de tipo éster para sustituir de aceites minerales en su uso como fluidos refrigerantes de transformadores eléctricos utilizados en condiciones ambientales de baja temperatura a partir de un estudio fluido térmico de dichos aceites dieléctricos. Para ello se ha realizado un modelado numérico de CFD del proceso de enfriamiento (distribución de temperatura y flujo) de un transformador monofásico de 800 VA (230V / 115V), teniendo como principal parámetro de entrada la viscosidad registrada de cada uno de los fluidos a analizar (éster y mineral) a bajas temperaturas ambientales. Los resultados del modelo numérico han comparado con la medición experimental realizada en laboratorio. Para el modelamiento por CFD se ha empleado el software ANSYS Fluid Flow Fluent; dicho modelamiento fue en estado estable, y se evaluó la distribución de temperatura, y la distribución del flujo y el campo de velocidades. Para los ensayos experimentales se ha medido las viscosidades de los fluidos dieléctricos, para lo cual se han realizado en el laboratorio ensayos empleando un viscosímetro y un sistema de baño termostático que ha permitido controlar la temperatura del ensayo. El líquido del baño ha sido un anticongelante para poder ensayar los fluidos a temperaturas bajo cero. Tanto el aceite mineral como los fluidos de tipo éster en el que se sumergió el transformador fue evaluado con diferentes condiciones de carga. El sistema fue enfriado por convección forzada de tal manera que se alcanzó como temperatura mínima 4ºC. Con esta temperatura no fue posible obtener resultados concluyentes para un correcto análisis del arranque frío junto con la generación de puntos calientes. No obstante, el modelo numérico construido, al contrastarse con los resultados experimentales, muestra un gran ajuste para la identificación de la magnitud y ubicación de los puntos más calientes de la máquina; además de que se ha corroborado que: al sumergir el transformador en los fluidos tipo éster la distribución de temperatura observada en el equipo evidencia temperatura máximas superiores a los ensayos con aceite mineral, y que en la simulaciones las velocidades de circulación alcanzadas por el éster son menores que con aceite mineral. Finalmente se han planteado algunas conclusiones que ha arrojado la realización del presente junto con unos planteamientos para trabajos futuros con el mismo enfoque investigativo.
ABSTRACT: This work has sought to study the feasibility of using ester type liquids to replace mineral oils in their use as cooling fluids of electrical transformers used in low temperature environmental conditions from a thermal fluid study of these dielectric oils. For this purpose, a CFD numerical modeling of the cooling process (temperature and flow distribution) of a single-phase 800 VA (230V / 115V) transformer has been carried out, having as main input parameter the viscosity recorded for each of the fluids to be analyzed (ester and mineral) at low ambient temperatures. The results of the numerical model have been compared with the experimental measurement carried out in the laboratory. For the CFD modeling, the ANSYS Fluid Flow Fluent software was used; this modeling was in steady state, and the temperature distribution, flow distribution and velocity field were evaluated. For the experimental tests, the viscosities of the dielectric fluids were measured, for which tests were carried out in the laboratory using a viscometer and a thermostatic bath system that made it possible to control the test temperature. The bath liquid was an antifreeze in order to be able to test the fluids at temperatures below zero. Both the mineral oil and ester-type fluids in which the transformer was immersed were evaluated under different load conditions. The system was cooled by forced convection in such a way that a minimum temperature of 4ºC was reached. At this temperature it was not possible to obtain conclusive results for a correct analysis of cold start-up together with the generation of hot spots. However, the numerical model built, when contrasted with the experimental results, shows a great adjustment for the identification of the magnitude and location of the hottest points of the machine; in addition, it has been corroborated that when the transformer is immersed in ester type fluids, the temperature distribution observed in the equipment shows higher maximum temperatures than the tests with mineral oil, added to the fact that the flow velocities are lower than in the tests with mineral oil. Finally, some conclusions have been drawn from the present study, together with some proposals for future works with the same research approach.
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