Simulação numérica da condução e convecção em transformadores imersos em ar e óleo via OpenFOAM

Abstract

O artigo aborda a crescente demanda global por energia elétrica, impulsionada pelo avanço de tecnologias, que exigem infraestruturas energéticas robustas. A pesquisa foca na análise térmica desse equipamento, essencial para garantir eficiência e segurança. Transformadores, compostos por núcleos de aço-silício e bobinas de cobre, utilizam sistemas de arrefecimento para dissipar o calor gerado pelo efeito Joule. O estudo utiliza simulações computacionais com o potência com arrefecimento a ar e a óleo utilizando o solver chtMultiRegionFoam, do software OpenFOAM (versão 12) juntamente com tutorial heatedDuct, aplicando o Método dos Volumes Finitos para investigar a eficiência térmica de transformadores resfriados a ar (ANAN) e a óleo (ONAN). As simulações consideram a geometria, as propriedades do ar e do óleo mineral, e o modelo de turbulência k-ε. Os resultados mostraram que o transformador resfriado a ar apresenta uma dissipação de calor mais lenta, enquanto o resfriado a óleo proporciona uma troca de calor mais eficiente, com temperaturas mais uniformes, embora com maior retenção de calor em algumas regiões. O estudo conclui que a escolha do fluido de arrefecimento impacta diretamente o comportamento térmico, sendo essencial para otimizar o desempenho e a confiabilidade dos sistemas elétricos.