Calentamiento y refrigeración

Calor y esperanza de vida

Las máquinas eléctricas tienen una alta eficiencia, sin embargo, las pérdidas producidas deben ser resueltas a través del método apropiado. La esperanza de vida del aislamiento del devanado esta fuertemente relacionado con la temperatura, un aumento de la temperatura de entre 5 y 8K tiene como resultado una reducción de la esperanza de vida a la mitad. Los aislamientos se clasifican entonces en diferentes clases, correspondiendo cada una a la temperatura admisible máxima para el funcionamiento continuado de la máquina.

Utilización de la máquina

La resistencia del devanado depende de la temperatura, por lo tanto una mejora en la refrigeración provocaría una disminución en las pérdidas del cobre. Debido a los requisitos de seguridad operacional y a la esperanza de vida de la máquina, se limita el calentamiento de la bobina permitido; estos límites se corresponden con la máxima temperatura que es capaz de soportar el material de aislamiento. Debido a los elevados costes del material, es conveniente utilizar este a su límite, a través de un proceso de refrigeración más eficiente, la densidad de corriente puede ser mayor y, como resultado, una máquina del mismo tamaño puede alcanzar una potencia mayor. Otro punto importante para la refrigeración es asegurar una distribución homogénea de la temperatura durante la puesta en marcha, ya que un excesivo estrés térmico llega a provocar grietas. Todas estas interrelaciones explican el área principal del análisis CFD, con la ayuda de los resultados del análisis global o parcial, las compañías de máquinas eléctricas pueden ofertar máquinas mas baratas sin exponerse a riesgos técnicos.

Normas de eficiencia energética

Las normas europeas IECC sobre la eficiencia incluirán, en los próximos años, cada vez más segmentos de la industria. Con el fin de permanecer por debajo de los límites de temperatura, las empresas de máquinas eléctricas tendrán que invertir más en conceptos de refrigeración eficiente. Las mejoras en el diseño de refrigeración están, la mayoría de las veces, reservadas a máquinas nuevas, sin embargo, la adaptación de máquinas antiguas ofrecería la posibilidad de que el sistema de refrigeración sea más eficiente y, por lo tanto, se podría aumentar la potencia de salida.

Refrigeración y medios de refrigeración

En épocas anteriores, la densidad de potencia era mucho menor, por lo que la mayoría de la superficie envolvente era suficiente para eliminar las pérdidas de calor; en pequeñas máquinas todavía sucede esto. Las máquinas de gran tamaño sin embargo, necesitan un concepto global con ventiladores para que el medio de enfriamiento pase a través de la máquina. Los ventiladores pueden ser accionados desde el exterior con un motor eléctrico o internamente por el eje de la máquina. Los ventiladores deben seguir estrictos requisitos en materia de ruido. Un buen dimensionamiento de los ventiladores no sólo reduce los costes del proyecto, sino que también permiten un menor consumo de energía durante la operación. El medio de enfriamiento elimina las pérdidas de calor de la máquina. El medio de enfriamiento más disponible es el aire, por lo tanto, se utiliza para la mayoría de los motores y generadores eléctricos. El hidrógeno bajo presión, alcanza un coeficiente de transferencia de calor mucho mejor, pero, debido al peligro de este gas explosivo, el hidrógeno debe ser encerrado en una carcasa que soporte la presión de almacenamiento. Sólo los turbogeneradores grandes son refrigerados con hidrógeno. El agua es un medio muy adecuado para la refrigeración del estator, sin embargo, la construcción y operación de un estator refrigerado por agua es bastante difícil. Los grandes generadores turbo se refrigeran con hidrógeno. El agua desmineralizada es muy eficaz para la refrigeración del estator, sin embargo un estator refrigerado es difícil de construir y manejar, el agua se usa solo para generadores de gran tamaño. El petróleo es utilizado principalmente para la refrigeración de los transformadores y la electrónica de potencia.


Refrigeración de un generador refrigerado por aire
Corriente:
Artículo sobre E-Cooling en la
revista Engineering Edge
(artículo en las páginas 28-29)
 
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