Aceite Dieléctrico

Mantenimiento predictivo

Mediante Un Análisis Físico-Químico-Eléctrico al aceite dieléctrico obtenemos información muy importante que nos ayuda a identificar de manera precisa el estado que guardan las propiedades del aceite, diagnosticar sus condiciones operativas y de esta forma poder determinar si el aceite presenta condiciones apropiadas para seguir operando y proteger el aislamiento sólido.

Algunas de las pruebas y análisis que realizamos son:

Análisis de físico-químico-eléctrico

• Numero de neutralización por medio del método ASTM D-974
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  Esta prueba es llamada también índice de acidez y es la prueba química más importante. Consiste en cuantificar el grado de oxidación del aceite que es la causa de la formación de ácidos que deterioran el sistema de aislamiento solido la pérdida de capacidad dieléctrica del aceite y la oxidación del núcleo magnético. Un aceite usado que tiene un alto número de neutralización indica que el aceite esta oxidado o contaminado con sustancias tales como barniz, pintura u otros materiales. Esta condición puede derivar en la formación de sedimentos. El número de neutralización es un indicativo del grado de deterioro del aceite y es un parámetro que nos indica cuando un aceite debe ser regenerado o cambiado.
  
  
• Algunos estudios han mostrado que un incremento en el número de neutralización es normalmente seguido de una caída en la tensión interfacial.
  
  
• Limites NMX-J-308: 0.20 mgKOH/gr MAX

• Contenido de humedad por medio del método ASTM D-1533
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  La prueba de contenido de humedad nos determina la cantidad de mg/kg de agua existente en el aceite, el método más utilizado para la realización de esta prueba es el Karl Fischer. El agua es uno de los enemigos principales del aceite por lo que es necesario mantener un nivel bajo de contenido de humedad en el mismo a fin de conservar bajas las características de perdida dieléctrica y minimizar la corrosión interna en el equipo. Un alto contenido de humedad puede conducir a una descarga eléctrica en el transformador, provocada por el deterioro de su sistema de aislamiento, principalmente por la descomposición de las fibras del papel aislante que es causada por la gran afinidad de este elemento con el agua.
  
  
• Limites NMX-J-308: 30.0 mg/kg (ppm) MAX

• Aspecto Visual por medio del método ASTM D-1524
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  El color y apariencia visual del aceite proporcionan una información rápida, valiosa y de fácil determinación de cualquier anormalidad que esté presente. Esta prueba puede revelar la presencia de agua libre o impurezas, tales como fibras o partículas solidas. La observación del color y la apariencia visual del aceite puede sugerir la necesidad de efectuar pruebas adicionales de laboratorio. La apariencia visual de un buen aceite debe ser brillante y transparente sin sólidos en suspensión.
  
  
• Limites NMX-J-308: LIMPIO

• Tensión Interfacial por medio del método ASTM D-971
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  La prueba de la tensión interfacial sobre aceites aislantes, Mide la tensión superficial que el aceite mantiene frente al agua, detectando en forma sensitiva la presencia de los contaminantes polares solubles y los productos de la oxidación, que son indicativos de la degradación del aceite. Un valor bajo en la prueba es indicativo de presencia de contaminantes polares no deseados por el contrario un aceite con alta tensión Interfacial (40-45 mN/m) nos indica ausencia de contaminantes polares por lo que este aceite será capaz de mantener elevados valores de Rigidez Dieléctrica aunque este incorpore agua.
  
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  Limites NMX-J-308: 19.0 % MIN

• Rigidez Dieléctrica por medio del método ASTM D-877
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  La prueba de Rigidez dieléctrica determina el valor de esfuerzo eléctrico (Gradiente de Potencial) necesario a la cual el aceite permite la formación de un arco y el paso de la corriente eléctrica. Un Bajo valor de rigidez dieléctrica indica la presencia de partículas contaminantes, tales como fibras de celulosa, lodo, partículas conductoras, subproductos químicos del aceite o agua, sin embargo un alto valor de rigidez no indica necesariamente la ausencia de estos contaminantes.
  
  De acuerdo a la ASTM existen dos métodos para la prueba de rigidez dieléctrica:
  
  
• Electrodos planos (ASTM D-877): Los cuales son relativamente insensibles a la humedad en concentraciones debajo del 60% del nivel de saturación. Este método es recomendado para pruebas de aceptación de líquidos, para pruebas de rutina en líquidos aislantes de de aparatos de potencia. Establecido por la norma ASTM D-877 e Electrodos Planos.
  
• Electrodos semiesféricos (ASTM D-1816): Este método es más sensible a los efectos nocivos en el aceite, ya que presenta un campo eléctrico más uniforme. Este método es recomendado para aceites filtrados, desgasificados y deshidratados, durante y después del proceso de llenado de equipos eléctricos.
  
  
• Ambos métodos tienen sus limitaciones.
  
  Limites NMX-J-308: 25 kV MIN.

• Factor de Potencia a 25 C y 100 C. por medio del método ASTM D-924
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  La prueba de factor de potencia realiza la medición de las pérdidas dieléctricas y por lo tanto, de la cantidad de energía disipada como calor en el aceite aislante a dos temperaturas diferentes y predeterminadas, con la que muy sensiblemente se pueden determinar y valorar los cambios que sufre el aceite en servicio, como resultado de su deterioro o como el grado de contaminación del fluido aislante por partículas polares solubles y sólidas ante la presencia de un campo eléctrico de corriente alterna.
  
  Cuando comienza el deterioro de un aceite, es posible detectar un incremento en el factor de potencia al inicio del proceso de oxidación, seguido al cabo de cierto tiempo por un nuevo incremento en su valor.
  
  La prueba a 25 C, indica la contaminación por humedad y algunas impurezas solubles en el aceite.
  
  La prueba a 100 C, muestra la presencia de otros contaminantes como barnices, materiales sólidos, partículas coloidales por citar algunas.
  
  
• Limites NMX-J-308:
  1.0 % MAX @ 25 C
  5.0 % MAX @ 100 C

• Viscosidad 40 C por medio del método ASTM D-455
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  La viscosidad cinemática es el tiempo que tarda en fluir una cantidad exacta de líquido a través de un capilar normal por efecto de la gravedad, bajo condiciones controladas, esta característica no es afectada significativamente por el deterioro o contaminación del aceite. La viscosidad tiene una importante influencia sobre las características de transferencia de calor de un aceite. Esta propiedad es una característica necesaria en transformadores, en donde el calor generado en los devanados y núcleo debe removerse eficientemente, por la transmisión del calor a través del aceite y enseguida al medio ambiente.
  
  
• Una alta viscosidad puede afectar adversamente el arranque de aparatos en climas fríos (por ejemplo, transformadores de respaldo y reemplazo).La viscosidad es un factor determinante de las condiciones del proceso del aceite y la impregnación de la celulosa con el tiempo.
  
  
• Limites NMX-J-308: 10.0 mm2/s MAX

• Densidad Relativa por medio de método ASTM D-1298
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  La densidad relativa es la relación del peso de un volumen de aceite, al peso de un volumen igual de agua. Debido a que estos pesos varían con la temperatura, es preciso especificar las dos temperaturas, 20/4 C, refiriéndose la primera temperatura al aceite y la segunda al agua. Esta determinación puede indicar la posibilidad de contaminación por fluidos distintos al aceite dieléctrico.
  
  
• Los métodos utilizados para medir la densidad relativa pueden utilizar un hidrómetro o un picnómetro.
  
  
• Normalmente, los aceites de base parafinica tienen una densidad relativa aproximada de 0.853, mientras que los de base naftenica presentan una densidad aproximada de 0.880.Es la determinación de la masa de un volumen de aceite, referida a la masa de un volumen igual de agua a una temperatura especifica.
  
  
• Limites NMX-J-308: 0.840 - 0.890

• Color por medio del método ASTM D-1500
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  Esta Prueba cualitativa se expresa con un valor numérico y está basada en una comparación por luz transmitida del aceite con una serie de vidrios de color estándar.
  
  
• No existe una correlación directa entre el cambio de color del aceite y un problema específico del equipo, sin embargo los cambios de color proporcionan una indicación del deterioro y/o contaminación del aceite.
  
  

Análisis de Gases Disueltos

• Cromatografía de gases
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  Durante la operación de un transformador, el aceite aislante y junto con los otros materiales dieléctricos que lo conforman, sufren procesos de descomposición química por la acción de la temperatura y de las tensiones eléctricas que ocasiona como resultado la aparición de gases.
  
  
• Los gases formados por esta descomposición de los materiales aislantes se disuelven total o parcialmente en el aceite, que los diluye y transporta desde todos los puntos con los que entra en contacto. Ello permite que mediante la recolección de una muestra se obtenga información sobre todas las partes a las que llega el aceite. El análisis de los contenidos de gases aislantes que realiza el estudio de cromatografía a partir de la extracción de una muestra de aceite constituye una poderosa herramienta para lograr la identificación de fallas incipientes en el equipo eléctrico provocadas por: Arqueo, Descargas parciales, Chisporroteo, Sobrecalentamiento, Fallas térmicas de alta y baja temperatura entre algunos otros Que nos permiten anticiparnos a las fallas del equipo eléctrico con acciones preventivas, asegurando de esta forma la continuidad de operación además de eliminar los excesivos gastos derivados de reparaciones y paros inesperados. La Concentración Principal de Gases a Determinar por este análisis son:
  • Hidrogeno (H₂)
  • Oxigeno (O₂)
  • Nitrógeno (N₂
  • Metano (CH₄)
  • Monóxido de Carbono (CO)
  • Dióxido de Carbono (co₂)
  • Etileno (C₂H₆)
  • Etano (C₂H₄)
  • Acetileno (C₂H₂)
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  Además de la concentración de cada gas, se calcula también la concentración total de los gases disueltos, así como la de los gases combustibles.
  
  Beneficios
  • Localización de fallas y determinación de su significado
  • Detección de deterioro acelerado del aislamiento
  • Detección de gases combustibles

Análisis de furanos

• Método ASTM D-5837
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  El método consiste en determinar en los líquidos aislantes los productos de la degradación de materiales de celulosa, tales como papel, cartón comprimido y materiales de aislamiento que conforman el equipo eléctrico. Estos productos comúnmente se le llaman compuestos furanicos o furanos. Los compuestos furanicos formados por la degradación de la celulosa, son solubles en el aceite y por medio de la cromatografía de líquidos se pueden determinar cualitativa y cuantitativamente los siguientes:
  • 5 Hidroximetil-2-Furaldehido
  • 2-Acetilfurano
  • Alcohol Furfurilico
  • 2- Furaldehido ( Furfural)
  • 5-Metil-2-Furaldehido(Furfural)
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  Las altas concentraciones o los aumentos inusuales en la concentración de compuestos furanicos en el aceite pueden indicar una degradación de la celulosa, debido al envejecimiento del equipo o por fallas incipientes lo que nos puede ayudar a determinar la vida útil del equipo.
  
  
• El análisis de furanos puede utilizarse para confirmar el análisis cromatografico de gases, cuando la concentración de monóxido de carbono se encuentre con niveles arriba de lo normal.

Análisis de Bifenilos policlorados

• PCB´s (askarel)
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  Los bifenilos policlorados o BPCs comúnmente llamados askareles son fluidos aislantes sintéticos. Estos fluidos son compuestos no flamables, muy estables y difíciles de destruir, fue usado antiguamente en transformadores donde se requería una alta resistencia al fuego y en capacitores.
  
  
• Por lo tanto, los transformadores podían utilizarse bajo techo, con máxima seguridad, próximos a los centros de trabajo, tal como en hospitales, aeropuertos, estadios, etc. Las investigaciones realizadas han demostrado que son compuestos extremadamente resistentes a la biodegradación y por su dispersidad, persistencia y acumulación en los ecosistemas se han catalogado como material toxico ambiental. Los bifenilos policlorados están regulados en México por la Ley General de Equilibrio Ecológico y la Protección al Medio Ambiente de acuerdo a la norma oficial mexicana NOM-133-ECOL-, la cual establece que todo equipo eléctrico que contiene fluidos dieléctricos con una concentración mayor o igual de de 50 mg/kg (ppm) de PCB’s debe considerarse como un contaminante y tratarse como tal.
  
  
• Actualmente esta prueba es requerida en cualquier tipo de Auditoría Ambiental.
  

Beneficios del análisis de aceite dieléctrico

• Reducción de costos de mantenimiento.
• Asegurar la máxima vida útil del equipo eléctrico previniendo fallas anticipadamente.
• Identificar problemas potenciales antes que estos impacten negativamente en su empresa