Optimización de filtros de armónicos mediante enfriamiento por inmersión con TMC-1230: gestión térmica y recuperación energética

Abstract

Los corrientes y voltajes armónicos en sistemas eléctricos modernos provocan distorsiones de voltaje y contribuyen a las pérdidas de energía por calor, aumentan las pérdidas térmicas en los componentes. Este fenómeno puede causar sobrecalentamiento, disminuir la vida útil de los equipos y afectar negativamente la eficiencia energética y la estabilidad operativa de los sistemas industriales. La necesidad de una gestión térmica eficaz se vuelve crítica, especialmente ante niveles de distorsión armónica que superan los límites recomendados por normativas como IEEE 519-2014. Este proyecto propone el uso de enfriamiento por inmersión con el fluido dieléctrico TMC-1230 como alternativa tecnológica para mejorar la disipación térmica en filtros de armónicos. Además de mitigar el sobrecalentamiento, se plantea explorar el potencial de recuperación de energía calorífica disipada, con miras a su posible aprovechamiento energético. La metodología incluyó análisis teóricos, simulaciones eléctricas en el software ETAP y una implementación experimental con una fuente térmica sumergida en TMC-1230, evaluando el comportamiento térmico y el intercambio de calor. Los resultados permitieron validar la viabilidad técnica del sistema, identificar limitaciones y establecer bases para futuras mejoras. El proyecto contribuye al desarrollo de soluciones innovadoras en gestión térmica, promoviendo una mayor eficiencia energética, sostenibilidad y confiabilidad en sistemas eléctricos industriales expuestos a altos niveles de distorsión armónica.

Harmonic currents and voltages in modern electrical systems cause voltage distortions and contribute to energy losses due to heat, increasing thermal stress on components. This phenomenon can lead to overheating, reduced equipment lifespan, and negatively affect energy efficiency and operational stability in industrial systems. The need for effective thermal management becomes critical, especially in scenarios where harmonic distortion levels exceed the limits recommended by standards such as IEEE 519-2014. This project proposes the use of immersion cooling with the dielectric fluid TMC-1230 as a technological alternative to improve thermal dissipation in harmonic filters. In addition to mitigating overheating, it explores the potential for recovering dissipated heat energy, aiming for its possible energetic reuse. The methodology included theoretical analysis, electrical simulations using ETAP software, and an experimental implementation with a thermal source immersed in TMC-1230, evaluating its thermal behavior and heat exchange capacity. The results allowed for validation of the system’s technical feasibility, identification of limitations, and establishment of a foundation for future improvements. The project contributes to the development of innovative thermal management solutions, promoting greater energy efficiency, sustainability, and reliability in industrial electrical systems exposed to high levels of harmonic distortion.