Efecto de la
humedad en el aceite.
Los aceites nuevos contienen cantidades muy
pequeñas de humedad, pero tienen capacidad de absorción de agua cuya presencia
no sólo es un peligro para que el aceite disminuya su rigidez dieléctrica, sino
que también puede afectar a la de los restantes aislantes sumergidos.
Por otro lado, cuando el aceite se oxida
aumenta la capacidad de disolución de humedad.
El aceite disolverá agua sólo hasta el límite
de su solubilidad, que para un aceite nuevo es de 60 p.p.m, tendiendo a
aumentar con la temperatura.
Si la cantidad de agua contaminante supera las
60 p.p.m. o si hay una liberación de agua por bajar la temperatura ésta puede
quedar depositada en un área de campo eléctrico alto, pudiendo ocurrir un fallo
en el transformador.
En la figura 1 podemos ver el efecto de la
humedad en la rigidez dieléctrica en kV/cm.
Vemos que con contenidos inferiores a 5 p.p.m.
la influencia es mínima.
- Con 10 p.p.m. la rigidez baja un 35 % aproximadamente.
- Con 40 p.p.m. la rigidez baja un 50 % aproximadamente.
(Fig. 1). Efecto de la humedad sobre la
rigidez dieléctrica
Influencia de la humedad sobre el aislamiento.
Equilibrio de humedad en los sistemas
papel-aceite-aire
Como hemos indicado, en un aceite aislante el agua
puede estar presente de tres formas:
- agua en disolución (moléculas de agua dispersas)
- fina emulsión (gotas en tamaños entre 0.1 y 10 mm.).
- emulsión (que se presenta a concentraciones superiores a 200 p.p.m.).
La influencia de la humedad sobre las
características del aislamiento papel-aceite implica una doble acción. Las
características aislantes del papel se ven rápidamente influenciadas por el
agua, produciéndose una disminución importante de la tensión de perforación y
con aumento del factor de pérdidas dieléctricas (tg. d).
Con presencia de humedad la velocidad de degradación
de la celulosa aumenta considerablemente con la temperatura. La degradación del
papel nos la da el grado de polimerización. representativo de la longitud de la
cadena del polímero.
En la tabla vemos esta influencia, siendo X e Y los
tiempos de ensayo hasta encontrar un grado de polimerización del papel.
Estas consideraciones ponen de manifiesto la
importancia de un correcto mantenimiento de los sistemas de protección contra
la humedad.
La existencia del cartucho de silicagel no parece
ser en la práctica todo lo efectivo que seriá de desear, pues en la cuba existe
un cierto grado de humedad, implicando unos niveles de contaminación, tanto del
aceite como del papel, consecuencias de un equilibrio entre las fases,
aire-aceite-papel.
(Fig. 2). Presión de vapor en función de la H.R. del
aire y del contenido en agua del aceite
La solubilidad del agua en el aceite es función de
la temperatura y del estado del aceite así como de la naturaleza del mismo.
Cuanto más aromático es el aceite y más envejecido
está, mayor es la solubilidad del agua, siendo el contenido en agua en
equilibrio con el aire función de humedad relativa.
En las figuras anteriores podemos ver cómo para una
humedad relativa del aire del 34%, el contenido de agua en el aceite es de 52
p.p.m. y la presión del vapor de agua disuelta es de 26 mm. Hg. (Figura 2).
Como el contenido en humedad del papel impregnado en
aceite es función de la presión de vapor de agua en el aceite deducimos por la
(Figura 3) que a 50º C. y con una presión de vapor de 26 mm. Hg. el contenido
de agua del papel será de 5,2 %.
(Fig. 3). Humedad relativa en el papel en función de la presión de
vapor.
(Fig. 4). Evolución del equilibrio de humedad entre
las fases aceite-papel.
La concentración de agua depende de la humedad
relativa de la cámara de expansión y la cantidad de agua que penetra en el
papel es sensiblemente la misma que penetra en el aceite. Los cambios de
equilibrio cuando varia la ternperatura se establecen más rápidamente entre el
papel y el aceite que entre el aceite y el aire. Cuando un transformador se
pone fuera de servicio se observa un rápido incremento de la humedad en el
papel a medida que disminuye la temperatura, disminuyendo por ello rápidamente
el contenido de agua del aceite, es decir, que el papel absorbe agua secando el
aceite.
Por otra parte, cuando el transformador se pone en
servicio el contenido de agua en el papel es elevado y a medida que se
incrementa la temperatura, el papel cede rápidamente parte del agua al aceite,
pero como éste no intercambia con la atmósfera el agua a la misma velocidad se
obtiene en el aceite un contenido de agua elevado (Figura 4).
Este fenómeno tiene importancia cuando los
intervalos de parada y servicio son cortos y no da tiempo a alcanzarse los
equilibrios correspondientes. De este modo se produce un incremento de la
humedad en el papel y en el aceite como consecuencia de las diferentes
velocidades de intercambio entre los dos sistemas.
Se reducen en este caso paulatinamente la capacidad
aislante tanto del papel como del aceite, acelerándose las velocidades de
degradación.
Efecto de la oxidación
El mayor problema del aceite de transforrnadores es
su fácil oxidación con formación de lodos, ácidos y agua. Este deterioro se
debe o es el resultado de la ruptura de las moléculas de hidrocarburos y es
acelerada por la presencia de catalizadores como el cobre, el hierro y por la
temperatura.
Con la oxidación del aceite se producen dos tipos de
lodos. Uno es de naturaleza asfáltica y se deposita sobre las partes más
calientes del núcleo y arrollamiento. Este tipo de lodos tiene poca influencia
en la rigidez dieléctrica del aceite pero frena su circulación y por tanto la
disipación del calor en la superficie donde se deposita.
El segundo tipo de lodos es de tipo jabonoso
producido por la reacción de los ácidos orgánicos, producto de la oxidación,
con los metales presentes en el transformador. Este tipo de lodos tiene gran
afinidad por el agua y su presencia tiene un efecto considerablemente negativo
en la rigidez dieléctrica del aceite. Este tipo de lodos se presenta en
diferentes colores, desde el verde al marrón oscuro y se deposita
principalmente alrededor de los conductos de aceite de los radiadores.
Puede disolverse en el aceite caliente depositándose
en las zonas donde se va perdiendo temperatura. Disminuye el rendimiento de los
equipos de refrigeración y aumenta considerablemente el valor de la tangente
del ángulo de pérdidas.
Con la oxidación se producen ácidos orgánicos, los
de peso molecular bajo son más volátiles y se condensan en las superficies
metálicas de las cámaras de expansión causando la destrucción de pinturas y
corrosión del metal.
Los ácidos de peso molecular alto atacan a los
elementos sumergidos en el aceite. Fundamentalmente disminuyen la resistencia
mecánica de los aislantes de celulosa.
Mecanismo de la oxidación.
Los aceites de transformadores, tanto derivados de
crudos parafínicos como de nafténicos, son mezclas de hidrocarburos alifáticos,
cicloalifáticos y aromáticos. Estas moléculas son susceptibles de reaccionar
con el oxígeno a través de un mecanismo en cadena de radicales libres conocido
como auto oxidación que comprende tres etapas: " INICIACION" -
"PROPAGACION" - "TERMINACION".
La iniciación de la cadena de reacción se produce
por la formación de un radical a partir de las moléculas de hidrocarburo (RH).
I
INICIACION: 2RH 2R + H2
II PROPAGACION:
R + O2 RO2
III TERMINACION:
R + R RR
RO2 + RO2. ROH + RCOR + O2
Aunque se piensa que el oxígeno participa en esta
reacción I, no se consume. Si se consume
en la etapa II, propagación.
Una vez formado el radical (R.) del hidrocarburo,
reacciona con el oxígeno para producir radicales peróxido (RO2.) que son los
verdaderos portadores de cadena en las reacciones de autoxidación.
Aunque pueden darse varios tipos de reacciones de
propagación, el principal paso donde se consume oxígeno es en la formación de
radicales peróxido, a partir del cual se forman todos los productos de
oxidación.
Por último
los radicales pueden reaccionar produciendo moléculas no activas, desde el
punto de vista de la oxidación, disminuyendo el número de radicales libres.
Estas reacciones (III) constituyen la etapa de TERMINACION.
Sin embargo, los aceites minerales no se oxidan
inmediatamente cuando se exponen a la acción del oxígeno, principalmente por la
relativa lentitud de la reacción de INICIACION y por la presencia de moléculas
capaces de "capturar" radicales libres. Estas moléculas se denominan
INHIBIDORES (IH) y tanto si son naturales como artificiales, reaccionan con
radicales alquilo (R.) o peróxido (RO2.) para formar radicales estables de
inhibidor (I.) o especies no activas.
- Inhibición: IH+RO2. I+RO2H
El radical del inhibidor es incapaz de continuar la
cadena de reacción. Su formación es esencialmente un paso TERMINACION pues
reduce el número de moléculas activas y reduce la velocidad de consumo de
oxígeno.
Si el inhibidor es muy eficaz, su reacción con
radicales activos es tan rápida que la velocidad de consumo de oxígeno es
insignificante hasta que la concentración del inhibidor es prácticamente cero.
Esto es, hay un tiempo de inhibición “PERIODO DE INDUCCION”, en el que sólo se
forman pequeñas cantidades de productos de oxidación. Pasado este tiempo, tiene
lugar la oxidación normal INICIACION – PROPAGACION, TERMINACION.
Durante la oxidación se nos van ha formar por
evolución de los hidroperóxidos formados en las primeras etapas, especies
químicas diversas como, ácidos carboxílicos - agua - sales - lodos - gases.
etc. con los consiguientes problemas que hemos indicado.
El
2,6-ditercio-butil para-cresol (DBPC) y el 2,6-ditercio-butil fenol (DBP) son
inhibidores de oxidación muy utilizados en aceites con contenido en oxigeno
superior a los 1000 ppm y en aceites recuperados. Los métodos utilizados para
detectar el contenido de estos compuestos (DBPC) y (DBP) en aceite, son los
indicados en la norma ASTM D 2668 el cual utiliza un espectrofotómetro
infrarrojo y la norma ASTM D 4768 que utiliza la cromatografía de gases.
Los
resultados de ambos métodos son similares, el contenido de inhibidor de
oxidación lo presentan como porcentaje de peso del total de inhibidor en el
aceite. El nivel óptimo para el
inhibidor de oxidación es de 0,3 % en el aceite.
Los
resultados de la prueba de contenido de inhibidor de oxidación en porcentaje de
peso se clasifican de la siguiente forma:
POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:
POSTS RELACIONADOS:
Aceites minerales para Transformadores (Naturaleza y aditivación)
Mantenimiento preventivo de los aceites de Transformadores
Clasificación de los aceites dieléctricos y su aptitud para el servicio en Transformadores
No hay comentarios:
Publicar un comentario