Regeneración de aceite del transformador: teoría, tecnología y equipo

Cada año se generan en el mundo miles de toneladas de aceites de petróleo usado, que se descargan de transformadores, máquinas, prensas y compresores. Estos desechos no deben ser vertidos al medio ambiente ya que contaminan el agua y el suelo, además de matar animales y empeorar la salud humana.

Por lo tanto, es necesario llevar a cabo la eliminación de aceite usado o regenerarlo para su reutilización. Desde un punto de vista económico y medioambiental, la regeneración es la solución preferida. Ahorra el petróleo con el que se fabrican los aceites, reduce los gastos de comprar nuevos y desechar los aceites usados, además de reducir la cantidad de desechos peligrosos.

En este artículo, analizaremos las tecnologías y equipos de regeneración utilizando el ejemplo del aceite, que se utiliza en transformadores para el aislamiento eléctrico de elementos y la disipación de calor.

Causas de envejecimiento de aceite del transformador

Las razones del envejecimiento de los aceites de transformadores residen en sus condiciones de funcionamiento. Cuando se elimina el calor de las partes calefactoras del transformador, el aceite absorbe el efecto de la alta temperatura y, cuando está aislado, adquiere un alto voltaje. Además, existen otros factores que empeoran el estado del aceite del transformador. Entre ellos:

• agua (reduce el voltaje de ruptura del aceite);
• gases (se convierten en fuente de descargas parciales);
• impurezas mecánicas: carbón, fibras de celulosa, partículas metálicas;
• productos de envejecimiento oxidativo del aceite.

La presencia de agua, gases e impurezas mecánicas, aunque peligrosa para el aceite y el transformador, no es tan crítica. Estas impurezas se eliminan periódicamente del aceite utilizando un equipo especial. La aparición de productos de envejecimiento indica que se están produciendo en el aceite procesos asociados con un cambio en su composición estructural. La oxidación del aceite promueve la formación de nuevas impurezas. Los productos ácidos y las sustancias resinosas de asfalto se acumulan en el aceite. Se produce un agrandamiento de las partículas coloidales y aparecen lodos de aceite. El lodo se deposita en los devanados y perjudica la disipación del calor. La acidez aumentada provoca el envejecimiento de la celulosa. Por tanto, el envejecimiento del aceite aislante reduce la fiabilidad de todo el sistema aislante del transformador.

Evaluación del envejecimiento de aceite del transformador

Como marcador del proceso de envejecimiento del aceite del transformador, se puede utilizar un cambio en dos parámetros: el índice de acidez (número de neutralización) y la tensión interfacial.

El índice de acidez del aceite es el número de miligramos de hidróxido de potasio necesarios para neutralizar los compuestos ácidos contenidos en un gramo de aceite del transformador. La evaluación de la acidez del aceite se realiza utilizando métodos de laboratorio y requiere un muestreo de aceite preliminar del transformador.

En la etapa inicial de operación (los primeros 6-8 años), el índice de acidez del aceite del transformador suele ser pequeño: 0,1 mg KOH / g. Después de otros 8-10 años, el índice de acidez alcanzará 0,5 mg KOH / g, lo que indica envejecimiento y presencia de lodos en el aceite. El aceite del transformador con un índice de acidez de 1 mg KOH / g se considera viejo y debe reemplazarse o regenerarse.

El control del envejecimiento del aceite por índice de acidez da buenos resultados, pero es insensible a contaminantes distintos de los compuestos ácidos. Es decir, ya se pueden observar los procesos iniciales de envejecimiento en el aceite y el índice de acidez estará dentro del rango normal.

Para identificar incluso pequeñas cantidades de contaminantes polares y productos de oxidación, se utiliza la tensión interfacial del aceite del transformador. Un valor alto de este parámetro indica la ausencia de dicha contaminación. A medida que el aceite envejece, acumula tensioactivos hidrófilos, que aumentan la capacidad del aceite para absorber agua. Debido a esto, hay una disminución en la tensión interfacial en la interfaz agua-aceite.

Por lo tanto, para obtener información más completa sobre el envejecimiento del aceite del transformador, es necesario utilizar al menos dos parámetros: índice de acidez y tensión interfacial.

Métodos para retardar el envejecimiento de aceite del transformador

Surge la pregunta: ¿es posible retardar de alguna manera el envejecimiento de aceite del transformador? En la práctica, se utilizan con mayor frecuencia dos métodos: añadir inhibidores y pasivación.

Los inhibidores de aceite son sustancias especiales que se introducen en el aceite para ralentizar la oxidación. El ionol se usa a menudo para este propósito.

La pasivación es la formación de una película protectora en las superficies metálicas que evita la oxidación y la corrosión. La pasivación se utiliza, por ejemplo, para proteger las superficies metálicas del contacto con azufre para evitar la formación de sulfuro de cobre, un compuesto conductor que reduce la rigidez dieléctrica del aislamiento del transformador. Como pasivadores se utilizan soluciones químicas especiales.

Principios generales de la regeneración de aceite

Las principales razones para la regeneración de aceite del transformador son el deterioro de su índice de acidez y sus características de rendimiento. Consideremos los métodos básicos de la regeneración.

El primer enfoque es regenerar periódicamente el aceite para evitar el problema. El aceite se regenera antes de que se produzcan cambios irreversibles en su composición estructural. El segundo enfoque se basa en el mantenimiento basado en la condición del aceite del transformador, es decir, monitorear el índice de acidez y realizar la regeneración si este parámetro cae dentro del rango de valores no deseados.

Las tecnologías de regeneración de aceite usado proporcionan un tratamiento complejo, que incluye los siguientes procesos:

• purificación de aceite de agua, gases e impurezas mecánicas;
• restauración de la composición estructural del aceite debido a la eliminación de productos de oxidación;
• clarificación del aceite eliminando los productos de envejecimiento.

Durante el desarrollo de la industria del refino de petróleo, se utilizaron diferentes enfoques para la regeneración de aceites, pero hoy el enfoque más simple y práctico es el uso de adsorbentes.

El adsorbente es una sustancia de origen natural o artificial, que posee altas propiedades adsorbentes en relación a los productos de oxidación y envejecimiento del aceite. Uno de los principales indicadores del envejecimiento del aceite del transformador es la formación de compuestos ácidos. Por lo tanto, con la ayuda de un adsorbente, se eliminan los ácidos y se elimina el azufre.

¿Qué adsorbentes se utilizan en la regeneración de aceites?

Los adsorbentes que se utilizan en la regeneración de aceites se dividen condicionalmente en tres grupos. El primer grupo son los que adsorben solo agua y no afectan de ninguna manera los productos de oxidación de los aceites. Entre estos adsorbentes, el más famoso es la zeolita. El segundo grupo son los adsorbentes, que están más destinados a adsorber los productos de oxidación y envejecimiento. Para ello, se utilizan diversas arcillas y tierras, por ejemplo, tierra de Fuller. El tercer grupo son los adsorbentes que adsorben bien el agua y afectan parcialmente la acidez del aceite del transformador. El representante más destacado de este grupo es el gel de sílice.

La purificación de aceite con arcilla da buenos resultados en términos de restaurar su color y propiedades de rendimiento.

Tierra de Fuller

Equipo para la regeneración de aceite de GlobeCore

GlobeCore ha desarrollado una tecnología para la regeneración de aceite del transformador utilizando tierra de Fuller, que está implementada en la serie CMM-R. Si el aceite requiere una regeneración compleja, dichas instalaciones se completan de acuerdo con el principio de unidades. En la unidad de secado y desgasificación, el aceite se calienta, después de lo cual el vapor de los gases y el agua se evapora al vacío. La unidad de regeneración consta de varias columnas, cada una de las cuales está llena con adsorbente de tierra de Fuller. El aceite se bombea a través de las columnas y en este momento se eliminan los productos de oxidación y envejecimiento: el aceite se reactiva.

La regeneración de aceite del transformador usado utilizando tecnologías y equipos de GlobeCore permite:

1. reducir el índice de acidez;
2. cambiar el color del aceite de turbio y marrón oscuro a amarillo claro;
3. reducir el contenido de agua;
4. aumentar el voltaje de ruptura;
5. reducir el contenido de gas;
6. reducir la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica, etc.

Todos los parámetros del aceite procesado se restauran a los parámetros del aceite nuevo.

Luego, el aceite pasa a través de la unidad de inyección de inhibidor. En esta unidad, se agrega un aditivo especial al aceite, que ralentiza sus procesos de oxidación durante la operación futura.

La instalación de regeneración de aceite CMM-R puede equiparse con un número diferente de columnas: dos, cuatro, seis, doce, veinticuatro, etc. Cuantas más columnas se regenere el aceite al mismo tiempo, mayor será el rendimiento general del equipo.

Para un mantenimiento más rápido de los transformadores, GlobeCore ha previsto la implementación de tecnologías de regeneración sin quitar el transformador del voltaje. En este caso, la regeneración de aceite se realiza conectando la instalación CMM-R a un transformador y la circulación continua de aceite en un circuito cerrado (transformador-instalación-transformador). La regeneración de aceite en un transformador bajo tensión ahorra tiempo y hace que el proceso de mantenimiento sea más cómodo (no es necesario introducir una reserva o desconectar los consumidores de electricidad).

La aplicación oportuna de la tecnología de regeneración GlobeCore extiende la vida útil de los transformadores de potencia entre 15 y 20 años al mejorar la condición del sistema de aislamiento.

Unidad de regeneración de aceite CMM-12R

Qué hacer con el adsorbente usado

La regeneración de aceite del transformador utilizando adsorbentes muestra excelentes resultados, pero el adsorbente se satura de impurezas con el tiempo. La regeneración del adsorbente se lleva a cabo con mayor frecuencia en equipos externos. La tecnología de GlobeCore se implementa de tal manera que las propiedades adsorbentes se restauran sin ser removidas de la instalación de regeneración CMM-R quemando a alta temperatura. Primero comienza el ciclo de regeneración de aceite y, una vez saturado el adsorbente, se activa su ciclo de regeneración. Por lo tanto, el adsorbente no requiere eliminación y puede usarse muchas veces durante varios años.

¿Qué otros productos derivados del petróleo se pueden regenerar utilizando tecnologías GlobeCore?

La regeneración de aceites usados ​​es una tarea compleja y las necesidades de la industria no se limitan únicamente a la regeneración de aceites de transformadores. Las tecnologías de GlobeCore se pueden utilizar con éxito para resolver las siguientes tareas:

• regeneración de aceite hidráulico;
• regeneración de aceite industrial;
• regeneración de aceite de turbina;
• clarificación de combustible.

Dado que la viscosidad de diferentes tipos de aceites y combustibles puede diferir, el rendimiento de regeneración cuando se utilizan unidades CMM-R varía ligeramente, pero el equipo sigue siendo versátil y funciona con diferentes productos del petróleo.

Ventajas de la regeneración de aceites

La regeneración industrial de aceites minerales ofrece los siguientes beneficios:

• ahorro de materias primas (aceite) debido a la reutilización de aceites usados ​​y reduciendo así el volumen de consumo de aceites nuevos;
• ahorro de dinero debido al hecho de que el precio de la regeneración es menor que el precio del aceite nuevo;
• no es necesario eliminar el aceite usado;
• regeneración oportuna prolonga la vida útil de los equipos llenos de aceite y aumenta la confiabilidad de su operación;
• mejoramiento de la situación medioambiental apoyando los principios de «Zero waste» en el contexto de los residuos aceitosos.

Para recibir asesoramiento de los especialistas técnicos de GlobeCore sobre la regeneración de aceites minerales, utilice uno de los contactos publicados en la sección correspondiente del sitio.