Una sala para un transformador seco SCB11 necesita ventilación suficiente para evacuar las pérdidas durante el funcionamiento del transformador y, al mismo tiempo, mantener el aire que entra en sus conductos de refrigeración dentro del intervalo de temperatura permitido por el fabricante. Como estimación preliminar, cada 1 kW de calor requiere aproximadamente 300 m³/h de caudal de aire para un aumento de 10 °C entre el aire de impulsión y el de extracción. Por tanto, una sala que disipe 10 kW de calor necesitaría aproximadamente 3.000 m³/h bajo esos supuestos.

Esta cifra es una estimación basada en el balance térmico, no un requisito de ventilación universal. El caudal real depende de las pérdidas del transformador, la carga, la temperatura del aire de entrada, los demás equipos de la sala y la resistencia que oponen las rejillas, los filtros y los conductos. En una instalación de un transformador seco tipo SCB11, el volumen de la sala por sí solo no permite determinar si la refrigeración será suficiente.

Calcule la carga térmica antes de dimensionar la ventilación

Empiece por las pérdidas en vacío y las pérdidas en carga del transformador a la temperatura de referencia especificada. La potencia nominal en kVA indica la capacidad eléctrica, pero no informa al diseñador de ventilación de la cantidad de calor que debe evacuar de la sala. Dos transformadores con la misma potencia nominal pueden generar distintas necesidades de refrigeración.

Para la planificación preliminar, las pérdidas térmicas del transformador pueden estimarse así:

Pérdidas térmicas del transformador ≈ pérdidas en vacío + pérdidas en carga nominal × factor de carga²

Las pérdidas en vacío se mantienen mientras el transformador está energizado. Las pérdidas en carga varían aproximadamente con el cuadrado de la corriente. Esta aproximación resulta útil para un cálculo inicial de la sala, pero el diseño final debe utilizar los datos de pérdidas del fabricante y tener en cuenta la temperatura de funcionamiento, los armónicos y cualquier sobrecarga prevista.

Consideremos un transformador ilustrativo con 2 kW de pérdidas en vacío y 8 kW de pérdidas en carga nominal. Con una carga del 80 %, las pérdidas estimadas del transformador son 2 + 8 × 0,8² = 7,12 kW. Si otros equipos disipan 1 kW adicional en la sala, el cálculo de ventilación partirá de aproximadamente 8,12 kW. Estos valores ilustran el método; no son especificaciones de un modelo SCB11 concreto.

Utilice la condición de funcionamiento sostenido más exigente que sea verosímil. Una carga diaria media puede ocultar un pico exigente por la tarde, especialmente si coincide con una temperatura exterior elevada. Si dos transformadores comparten una sala, calcule sus pérdidas combinadas según los modos de funcionamiento que permita realmente el proyecto.

La selección del transformador también puede modificar las necesidades de ventilación. Una opción con núcleo amorfo, como eltransformador seco tipo SCBH15, puede reducir el aporte continuo de calor derivado de las pérdidas en vacío. Antes de modificar el diseño de la sala, compare las pérdidas en vacío y en carga garantizadas para la potencia nominal y el régimen de servicio requeridos; por sí solas, las menores pérdidas en el núcleo no determinan el calor total con cargas elevadas.

Convierta las pérdidas térmicas en caudal de aire y compruebe el supuesto de temperatura

La relación de calor sensible ofrece un punto de partida práctico:

Caudal de aire Q = 3.600 × P ÷ (ρ × c_p × ΔT)

Aquí, Q es el caudal de aire en m³/h, P es el calor que debe evacuarse en kW, ρ es la densidad del aire en kg/m³, c_p es el calor específico del aire en kJ/(kg·°C) y ΔT es el aumento de temperatura entre el aire de entrada y el de extracción. Con valores aproximados a nivel del mar de 1,2 kg/m³ y 1,0 kJ/(kg·°C), la relación queda así:

Q ≈ 3.000 × P ÷ ΔT

Para la carga térmica ilustrativa de 8,12 kW en la sala, un aumento de 10 °C en la temperatura del aire requiere aproximadamente 2.440 m³/h. Si el aumento permitido se reduce a 5 °C, el caudal estimado se duplica hasta unos 4.880 m³/h. Estos son los caudales de aire necesarios a través de la ruta de refrigeración efectiva, antes de seleccionar un ventilador teniendo en cuenta la resistencia del sistema.

El supuesto de temperatura merece tanta atención como el cálculo.El aumento de temperatura de los devanados no es el aumento permitido de la temperatura del aire de la sala. Los límites de los devanados, los límites del aire de refrigeración y la temperatura de extracción describen condiciones distintas. La temperatura en la entrada de aire de refrigeración del transformador debe mantenerse dentro de los límites aceptables, aunque la temperatura media de la sala parezca razonable.

Si el aire exterior de entrada ya está cerca de la temperatura máxima permitida por el fabricante para el aire de refrigeración, aumentar la ventilación ofrecerá un alivio limitado. La ventilación puede evacuar calor, pero no puede enfriar el aire de entrada por debajo de la temperatura de su fuente. En ese caso, puede ser necesario elegir una ubicación de entrada más fresca, acondicionar el aire de impulsión o revisar el modo de funcionamiento. En altitud, utilice la densidad del aire adecuada y trate por separado la reducción de potencia del transformador.

¿Cuándo será suficiente la ventilación natural?

La ventilación natural puede funcionar cuando la sala dispone de una entrada baja sin obstrucciones, una salida en un nivel alto, suficiente separación vertical y aberturas de tamaño adecuado para permitir el paso del caudal requerido. Es más difícil justificarla cuando el aire debe circular por conductos largos, rejillas restrictivas, filtros o recorridos complejos con resistencia al fuego.

El requisito de caudal de aire no especifica directamente el tamaño de las aberturas de ventilación natural. El caudal disponible depende de la presión de flotabilidad, la resistencia de las aberturas, la separación vertical y la diferencia de temperatura que se genere. Un ingeniero mecánico debe comprobar estas condiciones en lugar de aplicar un área fija de abertura por cada kVA del transformador.

Distinga entre las dimensiones totales de la abertura y suárea libre neta. Las rejillas, las mallas y las protecciones reducen el área disponible para el paso del aire. Incluso una gran abertura en la pared puede restringir la refrigeración una vez instalada la totalidad del conjunto.

La ventilación mecánica es más fácil de controlar cuando la carga térmica es considerable, las condiciones exteriores varían mucho o la geometría de la sala genera poca presión de flotabilidad. El ventilador debe seleccionarse para el caudal requerido con la presión calculada del sistema. La clasificación del ventilador en descarga libre puede sobrestimar el caudal que suministrará a través del circuito de ventilación instalado.

Los filtros, las rejillas, los codos de los conductos, los silenciadores y las compuertas cortafuegos contribuyen a la resistencia. Si se requiere filtración, tenga en cuenta el estado de saturación del filtro y el acceso para su mantenimiento. En instalaciones donde la pérdida de ventilación interrumpiría un servicio crítico, determine cómo se detectará un fallo del ventilador y si se justifica disponer de capacidad de reserva.

Haga que el caudal de aire atraviese el transformador

Ubique la entrada de aire de modo que este llegue a los conductos de refrigeración inferiores y proporcione una vía de salida en altura para el aire caliente. Respete las distancias especificadas por el fabricante alrededor de la envolvente y de las aberturas de refrigeración. Las bandejas de cables, los tabiques y los materiales almacenados pueden obstruir el recorrido previsto aunque el equipo de ventilación tenga capacidad suficiente.

Un defecto habitual de diseño es el cortocircuito del flujo de aire: el aire fresco va directamente desde la entrada hasta un punto de extracción cercano mientras el aire caliente permanece alrededor del transformador. La disposición de la sala debe favorecer que el aire circule alrededor de los equipos en lugar de pasar de largo. Si hay varios transformadores, evite que una unidad reciba el aire caliente expulsado por otra.

Las terminales exteriores también requieren atención. El aire de extracción no debe volver a entrar por la toma de aire, cuya ubicación debe tener en cuenta la lluvia, el polvo y los contaminantes del emplazamiento. Si la sectorización contra incendios afecta al recorrido de ventilación, coordine las aberturas, los conductos, las compuertas y los controles con los requisitos aplicables de edificación y electricidad.

Los ventiladores montados en el transformador y la ventilación de la sala cumplen funciones distintas. Los ventiladores de los devanados mejoran la transferencia de calor local; el sistema de la sala evacua ese calor del espacio. Si la refrigeración forzada permite aumentar la carga, calcule la ventilación de la sala según las pérdidas resultantes. Una especificación de capacidad con refrigeración por aire no implica que se permitan sobrecargas continuas sin restricciones.

Cierre el diseño con criterios de aceptación medibles

Antes de finalizar los pedidos de equipos y las aberturas de la sala, armonice los requisitos de refrigeración del proveedor del transformador con el cálculo de carga térmica del diseñador de ventilación. El proyecto debe definir de común acuerdo la carga de funcionamiento, la temperatura de diseño del aire de entrada, el caudal de aire requerido y la respuesta ante un fallo de ventilación.

• Obtenga las pérdidas garantizadas, el modo de refrigeración, las condiciones ambientales permitidas y los requisitos de separación de la envolvente.
• Compruebe el caudal de aire suministrado frente a la resistencia de todo el recorrido de ventilación instalado.
• Coordine los controles de los ventiladores, las alarmas de temperatura y cualquier respuesta de reducción de carga o disparo.
• Facilite el acceso para limpiar los conductos de refrigeración, realizar el mantenimiento de los ventiladores y sustituir los filtros, si los hay.

Durante la puesta en servicio, verifique el caudal de aire y registre las temperaturas cerca de la entrada de aire de refrigeración del transformador y también en la salida de aire. Una prueba de puesta en servicio con poca carga no permite demostrar el rendimiento con la carga máxima y la temperatura exterior máxima; evalúe esas condiciones mediante el cálculo de diseño y, cuando sea necesario, con mediciones de seguimiento durante el funcionamiento.

El requisito de ventilación estará listo para su aprobación cuando el proyecto pueda especificar cuánto calor debe evacuarse de la sala, cuánto aire la atravesará realmente y qué temperatura alcanzará el transformador en la condición de funcionamiento más exigente. Estas tres cifras proporcionan al director del proyecto una base justificable para aceptar el diseño de la sala.