Impacto da temperatura ambiente no resfriamento de transformadores elétricos: uma investigação usando cfd para regiões do estado do Espírito Santo

Abstract

Electrical transformers are being studied toincrease energy efficiency and reduce environmental impact. In this context, the objective of the present work is to evaluate, using computational fluid dynamics (CFD), the impact of ambient temperature on the cooling of electrical transformers for different temperature values, covering the climatic conditions of regions in the state of Espírito Santo, Brazil. A 250 kVA electrical transformer was studied using CFD, with the air temperatures of the municipalities of interest applied as boundary conditions in the modeling. The results show that Februaryis historically the hottest month, with the highest average maximum temperature in Alegre at 34.2 °C, and peak temperatures were recorded in Marilândia (42.1 °C) and Ecoporanga (40.0 °C). From the computational simulation, it was observed that temperatureis distributed from its maximum values near the surfaces of the coils and the core to its minimum values at the external surfaces of the transformer. The average and maximum oil temperatures increase as the ambient temperature rises, due to the decrease in heat dissipation to the outside. This result suggests that greater attention should be given to devices installed in the municipalities of Alegre, Marilândia, and Ecoporanga.

Los transformadores eléctricos están siendo estudiados con el fin de aumentar la eficiencia energética y reducir el impacto ambiental. En este contexto, el objetivo del presente trabajo es evaluar, utilizando la dinámica de fluidos computacional (CFD), el impacto de la temperatura ambiente en la refrigeración de transformadores eléctricos para diferentes valores de temperatura, que abarcan las condiciones climáticas de regiones del estado de Espírito Santo, Brasil. Un transformador eléctrico de 250 kVA fue estudiado usando CFD, con las temperaturas del aire de los municipios de interés aplicadas como condiciones de contorno para la modelación. Los resultados muestran que febrero es históricamente el mes más caluroso, con la mayor temperatura máxima promedio em Alegre con 34,2 °C, y se registraron picos en Marilândia (42,1 °C) y Ecoporanga (40,0 °C). A partir de la simulación computacional se observó que la temperatura se distribuye desde sus valores máximos cerca de las superficies de los devanados y del núcleo hasta sus valores mínimos en las superficies externas del transformador. Las temperaturas promedio y máxima del aceite aumentan con el incremento de la temperatura ambiente debido a la disminución de la disipación de calor hacia el exterior. Este resultado sugiere que se debe prestar mayor atención a los dispositivos instalados en las ciudades/regiones de Alegre, Marilândia y Ecoporanga.