Modelaci n T rmica Tableros de Control y Sincronismo






RESUMEN

El presente trabajo tiene como objetivo cuantificar la cantidad de calor generada al interior de los tableros de control y sincronismo por los diferentes elementos eléctricos que lo componen con el objetivo de determinar si es necesaria una ventilación forzada para mantener una temperatura óptima al interior del tablero.
Para llevar a cabo esto se utilizará elementos detransferencia de calor y la aplicación de la “Ley de conservación de la Energía”
Los cálculos se realizarán en base a temperatura ambiente controlada (20°C).


OBJETIVOS

1. Determinar la cantidad de calor generada al interior de los tableros de control.
2. Calcular la cantidad de calor cedida a través de las paredes del tablero hacia la sala eléctrica.
3. Realizar un balance térmico entre los elementos deltablero y la sala eléctrica.
4. Determinar si es necesaria una ventilación forzada al interior de los tableros eléctricos.











INTRODUCCIÓN

Un tablero eléctrico es un sistema compuesto de un fluído (el aire) y de cuerpos sólidos en el que el paso de la corriente eléctrica va acompañada de pérdidas de energía que provocan una elevación de la temperatura.
La evolución hacia el equilibriotérmico se realiza por transferencia de calor desde las partes activas (dispositivos, conductores, relés, etc.) donde se genera dicho calor, hacia las partes en contacto con el exterior que lo transmiten a su alrededor o al medio que los rodea.


INTERCAMBIOS AL NIVEL DE UN TABLERO

En el esquema de la figura 1 se presentan los elementos que constituyen el sistema: aire ambiente, aire interno, tableroy diferentes fuentes de calor. Esta descripción del estado térmico del tablero nos muestra que todos los fenómenos de intercambios de calor (conducción, convección y radiación) están fuertemente interrelacionados. Los elementos de transferencia de calor que utilizaremos serán: conducción y convección.


Fig. 1 Comportamiento térmico de un sistema
PRESENTACIÓN DE LA MODELIZACIÓN

Se utilizará elanálisis nodal el cual consiste en descomponer el sistema en varios nodos teniendo en cuenta las interacciones entre las diferentes partes o componentes que lo constituyen.
En principio, éste método consiste en descomponer el sistema en diferentes volúmenes isotérmicos denominados nudos, como lo muestra la figura 2. A cada nudo se asocian diferentes parámetros, entre otros una temperatura yeventualmente un aporte de calor independiente de los intercambios térmicos. Posteriormente se aplica la “Ley de la conservación de la energía” para definir la dirección de la misma, o más simple: definir si el sistema (tablero) está cediendo calor o aumentando su temperatura interna.


Fig. 2 Representación nodal simplificada entre el tablero y la sala eléctrica.

Nodo 1: Aire interior tablero.
Nodo 2y 3: Paredes interiores y exteriores.
Nodo 4: Aire ambiente sala eléctrica.

Representa los intercambios por conducción
Representa los intercambios por convección
Representa el aporte de calor en el nudo 1
Representa la capacidad calorífica de cada nudo


ELEMENTOS ELÉCTRICOS

Los elementos eléctricos que componen el tablero tienen en promedio una temperatura de operación máxima los 50°C(Dado por el fabricante). Tomando este dato como referencia usaremos una temperatura máxima permitida de 40°C (para efectos de cálculo) al interior del tablero.

ELEMENTOS COMPONENTES DEL TABLERO

Los elementos que componen el tablero están detallados la tabla 1. Se adjunta el aporte energético de cada uno de ellos; algunos de los datos están dados por los data sheet del fabricante y los demás fueroncalculados por el consumo eléctrico. Los datos del aporte energético que es dado por el fabricante corresponden a los valores más elevados.

Tabla 1. Descripción de elementos eléctricos y su aporte energético al sistema
TCS-G1-G2-G3 Y MASTER
ITEM
CANT
DESCRIPCION
REF
Watt/hr
ENERGÍA TÉRMICA DISIPADA BTU/hr
ORIGEN
ENERGÍA TÉRMICA DISIPADA TOTAL BTU/hr
1
1
Automatico C60H-DC 2P 20A.
A9N61532
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