Acondicionamiento del aceite
Con los procesos de
acondicionamiento del aceite nuevo o usado, se pretende extraer el aire, el
agua y los contaminantes, que generalmente están en cantidades superiores a los
límites requeridos. El contenido total de agua que se encuentra en el aceite, puede
estar en forma libre o en solución. La solubilidad del agua en el aceite está
en función de la temperatura. El término soluble se utiliza para definir el
fenómeno físico de absorción del gas por un líquido. Para demostrar esto,
considérese un aceite caliente que está saturado con agua, cuando éste se
enfría, parte de esa agua aparece en forma de niebla; si el aceite se calienta
nuevamente, la niebla desaparece.
El aire y otros gases son
solubles en el aceite. La solubilidad del aire en el aceite, depende
básicamente de la presión absoluta. Al nivel del mar, el contenido de aire y
gases es aproximadamente 12% en volumen. Aunque el aire y agua en solución son
invisibles en el aceite, los cambios de presión y temperatura los generan en
forma libre y son factores determinantes desde el punto de vista eléctrico.
Para una operación segura y confiable del aceite, se debe reducir el contenido
de agua hasta lograr una concentración libre de ésta, cuando la temperatura del
equipo desciende a su nivel más bajo. Asimismo, se deben eliminar el aire y los
gases hasta desaparecerlos de la solución, cuidando que la presión no baje al
nivel mínimo. Los procesos que se han desarrollado para eliminar el agua y los
gases disueltos en el aceite, se describen a continuación.
Desecantes de absorción.
Los desecantes de absorción se
utilizan muy poco en la deshidratación de aceites aislantes. Estos desecantes
eliminan algunos aditivos e inhibidores del aceite y requieren de mucho tiempo
de contacto, lo que representa una de las limitaciones para su uso.
Filtro prensa.
El filtro consiste en una serie
de hojas de papel secante, con una porosidad adecuada para el filtrado. Este
filtro no elimina totalmente el agua y tiende a airear el aceite. Los papeles
filtro se saturan rápidamente y poco a poco se van destruyendo con los
sedimentos, reduciendo la capacidad de filtrado. Para obtener un filtrado
satisfactorio, los papeles se deben cambiar periódicamente. Sin embargo, esto
no es suficiente, debido a que el aire que tiene el papel, es absorbido por el
aceite.
Centrifugación.
En los separadores centrífugos,
las muestras de aceite se hacen girar a gran velocidad y aprovechando la
diferencia de pesos específicos, se separan el agua libre y los sólidos en
suspensión. Sin embargo, mediante la centrifugación únicamente se eliminan los
sólidos en suspensión, lo que da como resultado un aceite con mayor contenido
de agua.
1.2. Desgasificación y deshidratación
Con este proceso se eliminan
prácticamente toda el agua y los gases contenidos en el aceite, por medio del
abatimiento en la presión absoluta y su eventual calentamiento. De acuerdo con
la experiencia, elevar la temperatura para deshidratar y desgasificar el aceite
puede resultar contraproducente, ya que provoca oxidación prematura,
disminuyendo la vida útil del aislante. Por lo tanto, se recomienda que este
proceso se lleve a cabo a temperatura ambiente.
La cantidad inicial de agua y
aire en el aceite y las características nuevas requeridas, determinan el nivel
de presión absoluta necesaria para su tratamiento. Existen dos factores que
impiden la eliminación total del agua, la presión hidrostática y la tensión
superficial.
La presión hidrostática se
elimina agitando el aceite y logrando que el agua tenga una trayectoria desde
el fondo del contenedor, hasta la superficie del mismo. La tensión superficial
se disminuye reduciendo la presión absoluta, hasta que el agua tenga el volumen
necesario, para que la diferencia de densidades permita que el agua se libere
en forma de vapor.
El siguiente paso es reducir la
relación de volúmenes con la formación de películas o gotas pequeñas,
proporcionando una superficie mayor de contacto con el vacío de la cámara. La
formación de gotas se genera con la inyección del aceite a presión, a través de
un filtro de fibra de vidrio o de un material semejante, que tiene la propiedad
de cortar el aceite en pequeñas partículas. El proceso de deshidratación y de
desgasificación se lleva a cabo en forma continua.
En la figura 1.1 se muestra un
recipiente hermético, que contiene una mezcla de agua-aceite y se ven dos gotas
(a) y (b). Se observa que sobre la gota (a) existe una presión que depende de
la altura (h) de la columna de aceite sobre ella, debido a la diferencia de
gravedad específica. Por agitación, la presión hidrostática desaparece,
entonces el agua (a) estará en la superficie al igual que (b). El siguiente
paso consiste en romper la tensión superficial, eliminando la presión absoluta.
La curva mostrada en la figura 1.2, indica la cantidad de agua contenida en el
aceite en función de la temperatura.
En la figura 1.3 se muestra la
curva del punto de ebullición del agua, en función de la presión absoluta. La
curva de la figura 1.4 indica la cantidad de aire y gases contenidos en el
aceite, en función de la presión absoluta. El uso de estas gráficas determina
el procedimiento para obtener las condiciones requeridas en el transformador.
La figura 1.5 muestra la
posibilidad de pasar el agua en solución, a agua libre, abatiendo la
temperatura. Una vez que esté libre, se remueve fácilmente con el abatimiento
de la presión. La figura 1.6 muestra que es posible la extracción del aire y de
los gases en el aceite, aplicando vacío hasta obtener una cantidad aceptable.
Es decir, se obtienen resultados satisfactorios si se balancean los parámetros
de presión y temperatura.
Para obtener el aceite deseado,
la presión y la temperatura dependen del aceite que esté siendo tratado. Si por
ejemplo, se requiere un contenido de agua de 30 ppm y 1% de gases disueltos, de
la figura 1.4 se obtiene una temperatura aproximada de 14ºC. La presión
absoluta de ebullición a esta temperatura es de 30 mm de Hg, como se observa en
la figura 1.2.
De la figura 1.3, se obtiene que
para el 1% de gases disueltos requeridos, es necesario lograr un vacío de 60 mm
de Hg. Por lo tanto, con la presión absoluta necesaria para eliminar el agua,
se obtiene un valor inferior al 1% de gases en el aceite. Es conveniente garantizar
la extracción del agua y gases disueltos en el aceite, abatiendo la presión
absoluta a un valor menor que el requerido para la ebullición del agua.
El equipo que se usa comúnmente
para la deshidratación y desgasificación de aceites antes de ponerse en
servicio, se indica en la figura 1.6.6 y está integrado por las siguientes
partes:
• Cámara
desgasificadora hermética
• Sistema
de alto vacío
• Bomba
• Reforzador
• Tablero
de control
• Calentadores
• Filtros
• Bomba
de alimentación
• Bomba
de descarga
• Medidor
de flujo
•
Manómetros
Figura 1.1 Recipiente con emulsión aceite agua.
Figura 1.2 Cantidad
de agua en el aceite en función de la temperatura.
Figura 1.3 Punto de
ebullición del agua en función de la presión.
Figura 1.4 Cantidad
de aire y gases en función de la presión absoluta.
Todo el equipo de deshidratación
y desgasificación está montado en una base común. La cámara desgasificadora
está construida con acero al carbón y en su interior tiene un recubrimiento de
pintura insoluble en el aceite. Está diseñada para trabajar a alto vacío y
cuenta con un indicador de presión absoluta y una válvula de rompimiento de
vacío. El sistema de bombas para alto vacío consta de dos pasos: cuando la
primera etapa logra aproximadamente 170 mm de Hg, entra en operación la segunda
que es un reforzador. Con este sistema de vacío se logra una presión absoluta
de 200 μm de Hg en la cámara, dependiendo de la capacidad de las bombas. Este
sistema cuenta con circuitos de enfriamiento de aceite y agua, con un
ventilador y un radiador semejantes a los de un automóvil.
Figura 1.5 Sistema típico
de desgasificación y deshidratación de aceite.
En el tablero de control, están
los interruptores para el arranque y paro del sistema de vacío que operan las
bombas de entrada y descarga del aceite. Cuenta con una carátula indicadora de
la presión absoluta, alarmas sonoras de sobretemperatura y alto o bajo nivel de
aceite. Tiene resistencias eléctricas calefactoras que rodean la tubería por
donde fluye el aceite y están dispuestas de tal manera que se pueden obtener
tres niveles de temperatura, a través de un interruptor selector, localizado en
el tablero.
La retención de partículas en el
aceite se realiza con filtros tipo cartucho, con los cuales es posible eliminar
partículas sólidas mayores de 0.5 µm, con una eficiencia del 90%. Es notorio
cuando el filtro se satura, ya que se observa un aumento en la presión en los
manómetros que están a la entrada y salida del filtro; entonces éste se retira
y se coloca otro en buen estado.
Las bombas de alimentación y
descarga están diseñadas para operar a alto vacío y son del tipo de engranes de
desplazamiento positivo. Su función es mantener un flujo continuo de aceite. Se
cuenta, además, con válvulas de muestreo en la entrada y descarga de la cámara
de vacío y un medidor de flujo de aceite instalado en la tubería de descarga.
El aceite llega al lugar donde se
va a utilizar, en contenedores de 200 litros, en pipas o en carros-tanque. Se
recomienda verificar el aspecto visual y la rigidez dieléctrica del aceite de
cada recipiente. Si se encuentra en buen estado, se descarga en una bolsa de
neopreno y se almacena para su tratamiento.
El tratamiento de deshidratación
y desgasificación se realiza de la siguiente forma: en primer lugar, se extrae
el aceite de la bolsa por medio de la bomba de succión “A”, figura 1.5,
enseguida se pasa a los calentadores “B”, en donde se eleva la temperatura a
40ºC, aunque de preferencia no se deben usar estos calentadores por razones
mencionadas anteriormente. Después el aceite se envía al filtro “C”, con la
finalidad de retener las impurezas sólidas que están en el líquido.
Posteriormente pasa a los difusores “D”, que se localizan en la cámara
desgasificadora “E”, los cuales atomizan el aceite para lograr la mayor
cantidad expuesta al vacío y aumentar así la eficiencia de la deshidratación y
desgasificación.
El sistema de vacío “F” mantiene
la presión absoluta adecuada en la cámara de vacío, conservando un nivel de
aceite determinado, para realizar el tratamiento en forma continua. El aceite
sale de la cámara por medio de la bomba de descarga “G” hacia el medidor de
flujo “H” y de ahí a otra bolsa hermética o bien, al transformador. En las
tuberías de alimentación y descarga, existen válvulas en dos sitios para
muestreo y análisis del aceite, al inicio y al final de cada ciclo de
tratamiento. Esto con la finalidad de verificar en cada ciclo, los valores de
rigidez dieléctrica, el contenido de agua, el contenido de gases disueltos y su
aspecto visual. El tratamiento final consiste en confirmar, mediante un
análisis completo, la calidad del aceite.
De acuerdo con las experiencias
en sitio del personal, es suficiente que el aceite pase tres veces a través de
la cámara, con un vacío (400 µm de Hg) para obtener resultados satisfactorios.
Se ha observado que un número mayor a cinco ciclos afecta al aceite,
disminuyendo su estabilidad a la oxidación y, por lo tanto, su vida útil.
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