La deshidratación del aceite de transformadores es uno de los procesos más importantes para garantizar el funcionamiento fiable de los transformadores de potencia, que se encuentran entre los componentes más costosos de los sistemas de suministro eléctrico. Cualquier avería de estos equipos puede provocar interrupciones importantes en el suministro de energía y generar pérdidas económicas considerables para las empresas industriales y las compañías eléctricas.

Dado que numerosas fallas de los transformadores están relacionadas con la degradación del sistema de aislamiento, mantener la calidad del aceite aislante es fundamental. El aceite de transformador proporciona aislamiento dieléctrico, impregna los materiales aislantes sólidos y facilita la transferencia del calor generado durante el funcionamiento hacia el sistema de refrigeración. Cuando el oxígeno, las impurezas y, especialmente, la humedad penetran en el aceite, pueden acelerarse los procesos de oxidación y envejecimiento, aumentando el riesgo de deterioro del aislamiento y de fallas eléctricas.

Efectos de la humedad en el aceite y el aislamiento de transformadores

La contaminación por agua es uno de los factores más perjudiciales para el sistema de aislamiento de los transformadores. Incluso cantidades relativamente pequeñas de humedad pueden acelerar el envejecimiento de los materiales aislantes de celulosa. Por ejemplo, en determinadas condiciones, un aislamiento de devanados con un contenido de humedad del 1 % puede envejecer hasta diez veces más rápido que otro con un contenido de apenas 0,1 %.

El agua puede encontrarse en el sistema de aislamiento en diferentes formas, cada una de las cuales presenta características particulares:

Agua libre: puede acumularse en el fondo del tanque del transformador debido a su mayor densidad. Aunque el agua depositada no siempre afecta directamente a la rigidez dieléctrica del volumen principal de aceite, su presencia indica una contaminación importante y puede representar un riesgo para el aislamiento y los componentes internos.
Agua disuelta: se encuentra incorporada en el aceite a nivel molecular y puede proceder de la humedad atmosférica, de los materiales aislantes o de procesos de envejecimiento. Su presencia influye en el equilibrio de humedad entre el aceite y el aislamiento sólido. Para reducirla eficazmente pueden utilizarse tecnologías de vacío o adsorción.
Humedad retenida en el aislamiento sólido: el papel y el cartón de celulosa pueden absorber y almacenar cantidades importantes de agua. Esta humedad puede migrar hacia el aceite cuando cambian las condiciones térmicas del transformador. Su eliminación requiere considerar el equilibrio de humedad entre ambos materiales y, en determinados casos, aplicar procedimientos específicos de secado del aislamiento sólido.
Agua emulsionada: se presenta en forma de pequeñas gotas dispersas en el aceite. Esta forma de contaminación puede reducir considerablemente la rigidez dieléctrica y no siempre puede eliminarse eficazmente mediante sedimentación o filtración mecánica convencional.

La migración de humedad entre el aceite y el aislamiento sólido depende considerablemente de la temperatura. Cuando aumenta la temperatura del transformador, parte del agua retenida en el papel puede desplazarse hacia el aceite. Cuando la temperatura disminuye, el equilibrio cambia y el aislamiento sólido puede volver a absorber humedad.

La distribución desigual de temperaturas dentro del transformador, relacionada con la geometría de los devanados, la presencia de depósitos y las características de los canales de refrigeración, puede dificultar todavía más el control de la humedad. Con el tiempo, un contenido excesivo de agua puede reducir la rigidez dieléctrica, aumentar el factor de disipación dieléctrica y favorecer fenómenos como las descargas parciales, que pueden evolucionar hacia fallas eléctricas graves.

Deshidratación del aceite de transformadores: principios y métodos

La eliminación de agua del aceite de transformadores puede realizarse mediante diferentes tecnologías. Entre los métodos utilizados se encuentran el secado por adsorción con zeolita y el tratamiento termovacío. La selección del procedimiento depende del contenido inicial de humedad, del estado del aceite y de los requisitos de mantenimiento del transformador.

Secado mediante zeolita: este método utiliza materiales adsorbentes capaces de retener moléculas de agua en su estructura microporosa. En condiciones adecuadas, el tratamiento puede aumentar la tensión de ruptura dieléctrica del aceite desde valores de aproximadamente 10–15 kV hasta 60–70 kV, incluso después de una sola pasada. Sin embargo, el resultado depende del estado inicial del aceite, de la capacidad del adsorbente y de las condiciones de procesamiento. Los cartuchos de zeolita requieren regeneración o sustitución periódica cuando alcanzan su capacidad de adsorción. Este método puede utilizarse para intervenciones rápidas o como etapa previa a un tratamiento más profundo.
Secado termovacío: es un método ampliamente utilizado para la deshidratación y desgasificación del aceite aislante. Su principio de funcionamiento se basa en la reducción de la presión, que facilita la evaporación y extracción del agua a temperaturas inferiores a las necesarias a presión atmosférica. Durante el tratamiento, el aceite se calienta aproximadamente a 50–55 °C y posteriormente se introduce en una cámara de vacío. En su interior, el aceite se distribuye en capas delgadas sobre superficies especiales, aumentando el área de contacto y favoreciendo la liberación de humedad y gases disueltos. Esta tecnología permite realizar simultáneamente el secado y la desgasificación del aceite sin generar residuos sólidos de adsorbentes durante el proceso.

Equipos GlobeCore para deshidratación y desgasificación del aceite

GlobeCore fabrica una amplia gama de plantas de la serie CMM destinadas al secado termovacío y la desgasificación de aceites de transformadores. Estos sistemas incorporan tecnologías de vacío de dos etapas que permiten alcanzar niveles elevados de vacío para facilitar la extracción de humedad y gases disueltos.

Entre las principales funciones de las plantas CMM se encuentran:

Deshidratación y secado del aceite aislante;
Desgasificación y filtración del aceite;
Evacuación del tanque del transformador y llenado de aceite bajo vacío, cuando la configuración del equipo permite realizar estas operaciones.

Según las especificaciones indicadas para las instalaciones correspondientes, después del tratamiento el aceite puede alcanzar una tensión de ruptura dieléctrica de al menos 70 kV, un contenido de gases inferior al 0,1 % y un contenido de agua inferior a 10 g/t (10 ppm en masa). Los resultados reales dependen de las propiedades iniciales del aceite, las condiciones de procesamiento y la configuración de la planta.

La gama de equipos incluye modelos con capacidades de procesamiento de 1 a 15 m³/h. Para trabajos de mantenimiento en campo, GlobeCore también ofrece versiones montadas sobre remolques, que facilitan el transporte y la puesta en funcionamiento de las instalaciones directamente en las subestaciones y otros emplazamientos donde se encuentran los transformadores.

Secado del aceite mediante cartuchos de zeolita

Cuando el contenido de humedad del aceite supera los 100 ppm, una de las soluciones que pueden utilizarse es el tratamiento mediante cartuchos adsorbentes de zeolita, como los modelos ZP-130 y ZP-260 de GlobeCore.

La zeolita posee una estructura microporosa que permite adsorber moléculas de agua presentes en el aceite. Este procedimiento facilita la deshidratación del aceite de transformadores sin necesidad de calentamiento, lo que puede resultar conveniente en determinadas operaciones de mantenimiento y situaciones de emergencia.

Los cartuchos pueden sustituirse cuando el adsorbente alcanza su capacidad de retención de humedad. Para recuperar sus propiedades, GlobeCore ofrece la unidad BRPS, destinada a la regeneración de zeolita mediante un tratamiento térmico controlado.

La posibilidad de regenerar el material adsorbente permite reutilizarlo durante varios ciclos de tratamiento, reduciendo la necesidad de sustituirlo constantemente. Esto convierte a los cartuchos de zeolita en una solución práctica para determinadas operaciones móviles de mantenimiento y secado del aceite aislante.

Eliminación de grandes cantidades de agua mediante coalescencia

En situaciones de contaminación extrema, como inundaciones, entrada accidental de agua o almacenamiento inadecuado, el contenido de agua en el aceite puede alcanzar valores muy elevados, incluso del 50 % o superiores. En estos casos, los sistemas de separación por coalescencia, como las unidades CMM-CF de GlobeCore, pueden utilizarse para separar grandes cantidades de agua libre y emulsionada.

El principio de funcionamiento de estos equipos se basa en la coalescencia. Cuando el aceite contaminado pasa a través de elementos filtrantes especiales, las pequeñas gotas de agua se unen y forman gotas de mayor tamaño. Posteriormente, estas gotas pueden separarse del aceite por diferencia de densidad y acumularse en un recipiente de decantación.

La tecnología de coalescencia resulta especialmente útil cuando el aceite contiene grandes cantidades de agua que dificultan la aplicación directa de otros métodos de tratamiento. Sin embargo, su eficacia depende de las características del líquido, de la estabilidad de la emulsión y de la presencia de sustancias que puedan interferir con la separación.

Además de los aceites de transformadores, determinados equipos de la serie CMM-CF pueden utilizarse para el tratamiento de otros productos petrolíferos compatibles, como diésel y queroseno. La posibilidad de recuperar un aceite altamente contaminado debe evaluarse mediante análisis de calidad, ya que la eliminación de agua no garantiza por sí sola la recuperación de todas sus propiedades dieléctricas y fisicoquímicas.

Importancia de la deshidratación para prolongar la vida útil de los transformadores

La contaminación por agua acelera el envejecimiento del aceite aislante y contribuye a la degradación de la celulosa, afectando directamente a la fiabilidad y la vida útil de los transformadores de potencia. Por esta razón, el control del contenido de humedad y la aplicación oportuna de tecnologías de deshidratación forman parte de las operaciones esenciales de mantenimiento de estos equipos.

Los métodos de secado termovacío, adsorción con zeolita y separación por coalescencia permiten tratar diferentes formas de contaminación por agua. Mientras que el tratamiento termovacío resulta adecuado para eliminar humedad disuelta y gases, la zeolita permite adsorber agua sin calentamiento y la coalescencia facilita la separación de agua libre y emulsionada.

Las soluciones de GlobeCore para la deshidratación del aceite de transformadores permiten seleccionar la tecnología de tratamiento según el estado inicial del aceite y los requisitos operativos. La combinación de un diagnóstico adecuado y un mantenimiento preventivo contribuye a mejorar las propiedades dieléctricas del aceite, reducir el riesgo de fallas y prolongar el funcionamiento fiable de los transformadores.