Determinación del tiempo de vida útil remanente de transformadores a través del análisis de compuestos furánicos (parte 2)

Envejecimiento del papel aislante

El proceso de envejecimiento del papel es esencialmente una despolimerización. Cuando los vínculos entre las unidades en las cadenas de celulosa se rompen, el grado de polimerización se reduce y la resistencia mecánica cae con él. Cuando se obtiene el papel, éste presenta un grado de polimerización (DP) aproximadamente de 1200. La resistencia a la tracción mecánica del papel depende de su grado de polimerización.

Por debajo de un grado de polimerización de 200 no se garantiza que el transformador sea capaz de soportar los esfuerzos de repulsión de cortocircuitos y el transformador debe destruirse. Las reacciones químicas que pueden provocar la despolimerización de la celulosa son la ácido hidrólisis, pirólisis y la oxidación. Por tanto, los principales factores que influyen en el envejecimiento de la celulosa en los transformadores son la temperatura, la humedad y el oxígeno.

La hidrólisis además de producir agua, produce CO, CO2, ácidos y unos compuestos llamados furanos que son productos del envejecimiento del papel y no del aceite y por ellos, el análisis de furanos es un buen método de análisis del envejecimiento de un transformador, especialmente el 2FAL se ha encontrado útil en el diagnóstico del transformador. El CO y CO2 son los últimos productos de degradación de todos los componentes de papel y cartón, y en menor cantidad son también productos de la degradación del aceite.

envejecimiento-papel-aislante

Los compuestos furánicos son los principales productos de la degradación del papel aislante de celulosa. Aunque los furanos se generan en el papel aislante, su determinación se realiza sobre muestras de aceite extraídas del transformador. La cantidad de derivados furánicos disueltos en el aceite es muy reducida, y su concentración se mide en partes por billón (ya sea en peso, μg/kg, o en volumen μg/L). Los polímeros de glucosa se fraccionan durante el envejecimiento de los aislamientos celulósicos, y esto conduce a la generación de subproductos como el agua, gases (CO, CO2), grupos aldehídos (furanos) y grupos carboxilo.

A diferencia del resto de los productos de degradación, los furanos sólo pueden surgir de la descomposición de los materiales celulósicos en un transformador. Por ello el análisis de su presencia se ha visto como una oportunidad de evaluar el estado de los materiales aislantes celulósicos en un transformador de potencia . La determinación del Contenido de compuestos furanos se realiza de acuerdo al método de la Norma ASTM D 5837-15 Colocar foto del equipo de HPLC).

Es importante resaltar que los compuestos furánicos son productos específicos de la degradación del papel, por lo que su estudio se convierte en una buena técnica para conocer el envejecimiento del papel y que es más accesible realizar el ensayo en un laboratorio confiable que realizar el ensayo de Grado de Polimerización ya que la toma de muestras implica una invasión al transformador que puede llegar a tener consecuencias de no hacerse de manera adecuada.

compuestos-furanicos

Principales compuesto furánicos formados a partir de la degradación de la celulosa

Se han relacionado cada uno de los furanos encontrados con determinados tipos de falla de acuerdo a la siguiente gráfica:

Furanos-tipos-falla-transformador

Los estudios más recientes relacionan el contenido de 2-Furaldehido con el grado de polimerización o número de moléculas de glucosa presentes en el papel permitiendo por medio de este ensayo realizar un diagnóstico.

Existen varios modelos en los cuales se puede relacionar el Contenido de 2 Furaldehido con el Grado de Polimerización del papel aislante.

Polimerizacion-aceite-aislante
Modelos 2-FAL-Grado de Polimerización del Aceite Aislante

Igualmente existen modelos que nos permiten a partir del Grado de Polimerización estimar el Tiempo de vida útil del papel aislante, reforzando con esto la utilidad de incluir dentro de la rutina de diagnóstico a los transformadores más importantes el ensayo de Contenido de Compuesto Furánicos de acuerdo a Norma ASTM D5837-15 con el fin de tener criterios para tomar la decisión de invertir en el cambio de un equipo o realizar un mantenimiento menos oneroso.

Ver parte 1 del artículo

Químico Herney Londoño Díaz
Jefe de Laboratorio
Transequipos S.A.

 

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