Los aceites en servicio están sometidos a un proceso de deterioro de sus características, debido al envejecimiento y contaminación.
En las aplicaciones en que el aceite está en contacto con la atmósfera, como ocurre en transformadores con respiración abierta, la oxidación de los compuestos del aceite por el O2 disuelto es la principal causa de envejecimiento.
Además, el aceite puede degradarse por efecto del campo eléctrico y la temperatura a la que está sometido, con aparición de H2 e hidrocarburos ligeros. Si el transformador presenta algún tipo de defecto interno, tal como un punto caliente o descarga parcial, el aceite se degrada, produciendo compuestos gaseosos, que quedan principalmente disueltos en el aceite.
Por otra parte, el aceite puede contaminarse con agua, partículas sólidas y otros compuestos polares solubles en el aceite procedentes de otros materiales presentes en el transformador, como papeles, cartones, barnices, etc.
El fenómeno de oxidación de un aceite depende fundamentalmente de cinco factores: naturaleza de los hidrocarburos que constituyen el aceite, concentración de O2 disuelto, temperatura, presencia de catalizadores y aditivos (inhibidores, pasivantes, etc.).
Los hidrocarburos saturados, aunque son compuestos químicamente estables, son atacados por el O2 a temperaturas por encima de 50 ó 60 ºC, es decir, a la temperatura normal de funcionamiento de un transformador. Por oxidación, estos hidrocarburos producen hidroperóxidos (R-O-OH) que pueden romperse, dando radicales libres. Estos radicales parecen ser el origen de una reacción en cadena, con formación de nuevos peróxidos a partir de moléculas de hidrocarburos aún no atacadas por el O2, dando alcoholes y agua. Los hidroperóxidos pueden oxidarse a su vez, dando aldehídos, cetonas, ácidos y ésteres, así como lodos insolubles, por polimerización de los anteriores.
La formación de dichos compuestos de degradación del aceite da lugar a una reducción de sus características eléctricas y físico-químicas: aparecen ácidos corrosivos, aumenta el contenido en agua. Aparecen lodos, se reduce la tensión de ruptura dieléctrica y aumentan las pérdidas dieléctricas.
Una pequeña proporción de hidrocarburos aromáticos, especialmente los polinucleares, en la composición de un aceite le confiere una estabilidad mayor a la oxidación que en el caso de un aceite que carezca de ellos. Estos inhibidores actúan como “inhibidores naturales” de los mecanismos de oxidación. Lo mismo sucede con ciertos sulfuros no corrosivos que están presentes de forma natural en los crudos utilizados en la fabricación de los aceites.
Un aceite con inhibidores naturales presenta un comportamiento frente a la oxidación que se pone de manifiesto en la figura 1 (curva 1). Al comienzo, el aceite se oxida a un ritmo creciente para luego reducirse por efecto de la aparición de productos retardadores de la oxidación generados por la propia oxidación.
Figura 1
Por el contrario, un aceite que no contiene inhibidores naturales debido a un proceso de refino excesivo, presenta una característica de oxidación que responde a la curva 2: un fenómeno de autocatálisis hace que el ritmo de oxidación aumente cada vez más deprisa. El periodo inicial en el que el aceite parece oxidarse muy lentamente se denomina “periodo de inducción”.
Para retrasar este fenómeno autocatalítico de oxidación y aumentar el periodo de inducción, se pueden añadir a estos aceites sustancias inhibidoras de oxidación que bloquean el mecanismo de reacción en cadena actuando sobre los hidroperóxidos que se forman en el proceso de dichas reacciones.
Estos inhibidores se van consumiendo a lo largo de la vida del aceite a medida que interfieren con las reacciones de oxidación, por lo que su acción acaba cuando la cantidad restante no es suficiente. A partir de este momento, la oxidación transcurre como en el caso del aceite sin inhibir (curva 3).
La concentración de O2 disuelto en el aceite es otro factor importante y puede reducirse su efecto acudiendo a construcciones especiales de los transformadores. El tipo de construcción más común es el de respiración abierta con conservador de aceite, que permite la entrada y salida libre de aire en el conservador para compensar las dilataciones o contracciones del aceite por efecto de los cambios de temperatura; en estos transformadores, a pesar de que se reduzca considerablemente la superficie de contacto entre el aceite y el aire debido al conservador, la cantidad de O2 disuelto presente es importante (Figura 2). Se utilizan también transformadores completamente sellados, que disponen de un colchón de N2 u otro gas inerte sobre el aceite (Figura 3) o también de llenado integral (figura 4) en los que las aletas elásticas de refrigeración son las encargadas de disipar las dilataciones y contracciones del aceite, y aún otros en los que en el conservador la separación entre el aceite y el aire está asegurada por una membrana elástica, para impedir, en ambos casos, la absorción de O2 por el aceite (Figura 5).
La temperatura es otro factor determinante de la velocidad de oxidación del aceite, aumentando ésta al aumentar la temperatura de trabajo del transformador, duplicándose aproximadamente cada 10 ºC.
Ciertos metales presentes en los elementos constructivos de los transformadores, tales como el cobre, el hierro y el plomo, actúan como catalizadores de las reacciones de oxidación, sobre todo cuando se encuentran disueltos en el aceite, lo cual puede producirse por ataque de los productos de oxidación del mismo aceite sobre los elementos metálicos del transformador o por la acción de compuestos corrosivos presentes en el aceite. El efecto puede reducirse con el empleo de pasivantes que actúan recubriendo el metal.
REFERENCIAS:
ASINEL: Guía de mantenimiento de los aceites minerales aislantes en transformadores
CONTINUA EN PARTE 4ª: Aceites minerales para Transformadores (Métodos de reacondicionamiento y regeneración de aceites )
https://imseingenieria.blogspot.com/2016/11/aceites-minerales-para-transformadores_9.html
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