Purificación de aceites industriales: métodos principales

La purificación del aceite del transformador permite aumentar el ciclo de vida del aceite y la confiabilidad de los transformadores. El período de la operación segura de los materiales aislantes de los sistemas interiores de los transformadores de fuerza determina en gran medida el período de su operación ininterrumpida y sin problemas. Con mayor frecuencia, se utilizan aislamiento líquido y aislamiento sólido (papel, madera, es decir, productos de celulosa). El aceite de transformador aislante proporciona aproximadamente el 80% de la potencia eléctrica de los sistemas. Se convierten en un buen medio de aislamiento cuando están saturados con papeles aislantes, cartones de papel tisú y aumentan la tensión de ruptura de los materiales con los que están aislados los devanados. La prevención de la oxidación del aceite del transformador permite que el motor funcione bajo la influencia de altas temperaturas y de roturas graves. Ya que está científicamente comprobado que la mayoría de las fallas de los transformadores se deben a daños en el sistema de aislamiento. Los materiales de celulosa son cadenas débiles en el sistema general de aislamiento del transformador. La contaminación del medio de aislamiento interno con diversas impurezas, como agua, gases disueltos, partículas mecánicas, etc., es la causa de la contracción del aislamiento, lo que lleva a la destrucción de barnices y materiales celulósicos. El aislamiento de celulosa es un conductor de descargas y corrientes, y también absorbe fácilmente la humedad, lo que provoca un sobrecalentamiento.

Causas del deterioro del aceite industrial

Uno de los principales catalizadores que vienen a un desgaste rápido de los aceites de transformadores, y con ellos los sistemas de aislamiento y las características generales de rendimiento de los transformadores de potencia, es el agua. Su entrada en sistemas internos en varias cantidades es inevitable. Como resultado de la exposición a la humedad junto con otros contaminantes, el aceite del transformador envejece, contribuye a la aparición de diversos productos de oxidación, sedimentos, lodo y reacciona con el metal del recubrimiento. Cuando el aire y la humedad aparecen en el aceite, el envejecimiento del aceite aislante se produce incluso con pequeñas cargas de trabajo. El agua que entra en el aceite del transformador: agua pura, agua disuelta en los productos de descomposición del aceite, agua disuelta y agua, que tiene un enlace químico. Eliminar completamente el agua del aislamiento sólido es imposible. El aceite de transformador puede disolver más agua, bajo la influencia de altas temperaturas. Si la mezcla de aceite y agua se enfría, el agua se sedimenta. El agua sedimentada será absorbida en el aislamiento o nuevamente reacciona con el aceite. El papel aislante absorbe el agua del aceite y la mantiene adentro, en los lugares de mayor voltaje. Los ácidos formados durante el envejecimiento del aceite del transformador también afectan adversamente la celulosa y los metales y crean jabón metálico, aldehído, alcohol que precipitan como suciedad ácida en el aislamiento, las paredes laterales del tanque, el sistema respiratorio, el sistema de enfriamiento y similares. Con el mantenimiento adecuado de los sistemas de refrigeración y aislamiento, la vida útil puede prolongarse a 60 años y las cualidades útiles del aceite se puede restaurar por completo.

Métodos de purificación de aceites de transformador

Todos los métodos de purificación del aceite del transformador a partir de contaminantes pueden dividirse de manera condicional en químicos, físicos y fisico-químicos.

Métodos químicos

Es purificación ácida y alcalina, restauración de aceites por hidratos de metal. Permiten eliminar asfalto-resina, ácido, algunos compuestos hetero-orgánicos y agua de los aceites. La purificación ácida es el tratamiento de aceites con ácido sulfúrico concentrado. Este método se basa en la diferente interacción del ácido sulfúrico con los hidrocarburos y las impurezas en el producto que se purifica. Más intensamente, reacciona con hidrocarburos insaturados. A temperatura normal del proceso de purificación, el ácido sulfúrico no interactúa con el alcano y los hidrocarburos cíclicos. A una temperatura alta, se observa una disolución parcial de hidrocarburos aromáticos. Por lo tanto, al limpiar productos derivados del petróleo es necesario calentar hasta una temperatura de 40-50 ºС. Al mismo tiempo, se logra una reducción en la viscosidad del aceite y una mejora en su mezcla con ácido sulfúrico. La eficiencia de dicha purificación depende de la cantidad y concentración del ácido, el tiempo de su contacto con el aceite, la temperatura y el régimen del proceso. En la práctica, se usa predominantemente ácido sulfúrico al 96%. Su consumo es un promedio de 3-5% del peso del aceite a purificar, y el tiempo de mezclado es de 25-30 minutos. En la purificación alcalina, el aceite se trata con hidróxido de sodio, carbonato de sodio y fosfato de trisodio. Los álcalis pueden afectar los ácidos orgánicos, nafténicos, dicarboxílicos e hidroxicarboxílicos. Como resultado de las reacciones químicas, se forman sales de sodio solubles en agua (jabones), que se eliminan junto con la solución acuosa de álcali después de sedimentación. La restauración con hidruros metálicos es el tratamiento de aceites con compuestos de calcio, litio y aluminio. Le permite eliminar no solo agua, sino también ácidos carboxílicos. La desventaja de este método es el alto precio de los reactivos, así como la necesidad de purificar el aceite de productos sólidos y neutralizar las sustancias gaseosas liberadas durante la reacción.

Métodos físico – químicos

Se basan en el uso de sustancias especiales: coagulantes, resinas de intercambio iónico o adsorbentes. La coagulación es el engrosamiento y la sedimentación de sustancias resinosas asfálticas en el aceite en un estado finamente disperso. Los coagulantes pueden ser electrolitos orgánicos e inorgánicos, sustancias tensioactivas (no electrolitos), soluciones coloidales de tensioactivos y compuestos hidrófilos de alto peso molecular. La adsorción es un método de purificación de aceites basado en las propiedades de ciertas sustancias (adsorbentes) para mantener las impurezas dañinas en la superficie externa de los gránulos y la superficie interna de los capilares que penetran estos gránulos. Los adsorbentes pueden ser sustancias naturales (arcillas blanqueadoras) y sintéticas (geles de sílice, óxido, aluminio, zeolitas). La purificación de intercambio iónico se lleva a cabo debido al hecho de que las resinas de intercambio iónico pueden mantener los compuestos que en un estado libre se disocian en iones.

Métodos fisicos

La principal diferencia de los métodos físicos es la inmutabilidad de la base química del aceite que se purifica. Pueden eliminar impurezas mecánicas, combustible, agua, asfalto resinoso y sustancias de tipo coque. La mayoría de las veces, entre todos los métodos físicos en la práctica, se usa la filtración y la purificación de aceites usados mediante un campo de fuerza. El método más simple es la purificación por gravedad, porque en este caso los sólidos suspendidos de contaminantes y microgotitas de agua se sedimentan bajo la influencia de la gravedad. La velocidad de sedimentación de partículas, depende de la altura de la columna de aceite, el tamaño de las impurezas, y también la relación de las densidades y la viscosidad de las sustancias sedimentadas y el aceite. Aumente la velocidad de deposición aumentando la temperatura del aceite. Pero hay un cierto límite (90°C) por encima del cual comienza la ebullición del aceite, lo cual es inaceptable. Para aumentar la eficiencia del proceso de purificación de aceites de partículas mecánicas, se usa el campo de fuerza centrífuga. Pero el aceite elimina solo aquellas impurezas cuya densidad excede la densidad del líquido. Con el fin de eliminar partículas ferromagnéticas sólidas del aceite del transformador, se lleva a cabo la purificación en un campo magnético. Este último se puede crear ya sea mediante el uso de imanes permanentes o eléctricos. Además de las partículas con propiedades magnéticas, los imanes también pueden atraer algunas otras impurezas. Esto es facilitado por el efecto de la electrificación de cuerpos no magnéticos. La purificación por vibración es la eliminación del aceite de los sólidos coagulantes en el campo de la fluctuación. También la purificación electrostática puede usarse para limpiar aceites de transformadores. En este caso, las impurezas, moviéndose juntas con el líquido, interactúan con él bajo la influencia de fuerzas de fricción y reciben una carga de un cierto signo. Cuando aparece un campo eléctrico, las contaminaciones que han recibido una carga comienzan a ser atraídas por los electrodos con carga opuesta. La filtración es la separación de sólidos en suspensión del aceite mediante con el uso de  filtrantes porosos. Este método es bastante común debido a la relativa simplicidad técnica y confiabilidad. Como se puede ver en la revisión anterior, en el caso de un aceite de transformador fuertemente contaminado, se debe usar una cierta combinación de métodos para restaurar sus propiedades (regeneración) y el resultado final depende de esto.

Pureza de aceite

Durante la operación, una cantidad de factores negativos influyen en el fluido dieléctrico: oxígeno del aire, altas temperaturas, humedad, impurezas mecánicas, etc. Como resultado, el aceite se ensucia y pierde sus propiedades, lo que hace su explotación completa  imposible. Existe el riesgo de mal funcionamiento del transformador y, en algunos casos, situaciones de emergencia. Para excluir dichos fenómenos, el estado actual del aceite está estrictamente controlado y, en caso de deterioro de su estado, el procedimiento de purificación se lleva a cabo inmediatamente. Hasta la fecha, hay muchas instalaciones en el mercado para purificación de aceites de transformadores. La mayoría de ellas requiere la desconexión del transformador de la tensión y sólo entonces puede proceder la eliminación de impurezas mecánicas, agua y gases. Esto no es muy conveniente, ya que la desconexión del transformador puede dejar sin electricidad como consumidores ordinarios, empresas industriales tan grandes. El problema puede resolverse mediante la introducción de una reserva, pero ¿qué pasa si no se proporciona o por alguna razón es imposible? En este caso, es necesario tener un equipo que pueda limpiar el aceite del transformador sin desconectar el transformador. ¡Y hay tal equipo!

Sistemas de purificación de aceite de transformador

Los aceites de transformadores son dieléctricos inherentemente líquidos y deben proporcionar aislamiento a las piezas que transportan corriente de los equipos eléctricos, sirven como medio de disipación de calor y también contribuyen a la rápida extinción del arco eléctrico en los interruptores de circuito. Este tipo de aceite pertenece a una clase más amplia, que se llama “aceites aislantes”. Además de aceites de transformadores, aceites para condensadores y cables, así como aceite para interruptores, también pertenecen aquí. Los aceites de transformadores se usan con mayor frecuencia para llenar los transformadores de potencia y medición.  Menos a menudo se usan en equipos de reactores e interruptores de aceite. Los sistemas de purificación de aceite de transformador son necesarios principalmente para mejorar la confiabilidad y la vida útil de los transformadores.

Transformadores de potencia con refrigeración por aceite

Existen varios tipos de transformadores con refrigeración por aceite: industriales, de tensión, monofásicos, ferroviarios y para la producción del petróleo. Los transformadores industriales generales se utilizan para completar subestaciones de paso y punto muerto, así como para el suministro de energía individual de complejos de excavadoras y canteras, plataformas de perforación. Los transformadores ferroviarios son necesarios para la organización de un suministro de energía a gran escala de los ferrocarriles, que se caracteriza por las características en forma de uso de corriente alterna y continua, así como la disponibilidad de los procesos de conmutación en los sistemas de administración, protección y control. Transformadores monofásicos: trabajan en la protección de redes eléctricas. Estos transformadores pueden producir valores bastante precisos de los parámetros de corriente eléctrica y se pueden utilizar para el suministro de energía de consumidores monofásicos de baja potencia. Los transformadores de tensión se utilizan para dar cuenta con precisión de la electricidad consumida, así como en los sistemas de protección de relés, la automatización y el control de las redes eléctricas. Pueden ser monofásicos o trifásicos. Los transformadores para la producción de petróleo proporcionan energía a las bombas sumergibles que se operan en pozos a grandes profundidades, así como a los equipos asociados.

Vida útil de los transformadores

Cuanto más largo y fiable funciona el transformador de potencia, menor serán los gastos de la empresa en la que se opera. En general, la vida útil de los transformadores de potencia es de 20 años. Este valor está determinado por el envejecimiento del aislamiento, que aumenta bruscamente con el sobrecalentamiento de los devanados, y el aceite del transformador es responsable de la eliminación del calor. Por lo tanto, la vida útil del transformador y su líquido aislante están combinados. Los aceites de transformadores deben tener una vida útil de aproximadamente 20-25 años, lo que se logra mediante:
  • aislamiento del aceite del contacto con el oxígeno del aire por medio de los diafragmas de película y la defensa del nitrógeno;
  • purificación de aceite  de impurezas nocivas acumulados durante el proceso de funcionamiento;
  • desarrollo de nuevos tipos de aceites con mayor estabilidad frente a la oxidación.

Características de purificación del aceite del transformador en diferentes condiciones

La purificación del aceite de transformador se puede llevar a cabo tanto en condiciones estacionarias como en condiciones de “campo”. La primera opción es menos costosa y no requiere mayores requisitos para la movilidad del equipo. En el segundo caso, la purificación del aceite de transformador se lleva a cabo lejos de los lugares de colocación permanente de plantas de purificación de aceite y hay costos adicionales para su transporte. Al mismo tiempo, no todos los equipos se pueden entregar en el territorio de una operación permanente de un transformador de potencia debido a sus características de diseño.

Instalaciones para purificación de aceite de transformador

  GlobeCore ofrece un equipo universal para purificación de aceite, cuyo principio se basa en formas clásicas e innovadoras. El uso de tecnologías regenerativas auténticas hace que las instalaciones de GlobeCore sean la solución más rentable. GlobeCore es 3 en 1: respeto al medio ambiente, grandes beneficios y ahorro de combustibles y recursos energéticos. Las modernas instalaciones complejas para purificación del aceite del transformador incluyen procesos de desgasificación, deshumidificación,clarificación, filtración y regeneración. Como resultado, el producto final tiene las mismas características que el aceite recién comprado. Los gastos de comprar, suministrar aceite nuevo, almacenarlo y limpiarlo se reducen. El precio de regeneración del aceite de transformador usado siempre se considera en relación con los altos gastos para la compra de nuevos recursos y las posibles pérdidas de tiempo por inactividad del equipo. Vale la pena señalar que, en relación con las ventajas obvias para el ahorro y un período de recuperación rápida, los propietarios de los sistemas para la restauración completa de los fluidos de trabajo siempre se benefician. Se trata de instalaciones del tipo СММ-R de la marca registrada GlobeCore. El principio de su trabajo se basa en la transmisión de aceite contaminado a través de un sorbente, que tiene una estructura microporosa. Existe una denominada “filtración molecular”, como resultado de lo cual las impurezas dañinas y los productos de envejecimiento del aceite se retienen en los gránulos del sorbente. Por lo tanto, el problema de la utilización de sorbente se resuelve por un período de 1,5 a 2 años (alrededor de 300 posibles reactivaciones).