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1. Recomendaciones y alcances
El procedimiento para secado de interiores de transformadores de distribución utilizado actualmente para puesta en servicio en campo, así como en talleres propios habilitados para este objetivo, para su reparación o mantenimiento preventivo o cuando han sufrido alguna falla durante la operación.


2. Objetivo: Optimización de operación de transformadores
El objetivo de realizar el proceso de eliminación de gases a un transformador es minimizar la humedad y los gases que permanecen en el embobinado y el núcleo, logrando que estos elementos se encuentren dentro de los límites normativos y confiables para la correcta operación del transformador.


3. Principios teóricos

3.1. General
Normalmente los aislamientos sólidos de los transformadores de distribución, están compuestos principalmente por papel, cartón o madera, los cuales llegan a representar el 95% de los aislamientos. Estos materiales en sus diferentes tipos y variantes son altamente higroscópicos conteniendo hasta 8 o 10 % de su peso en humedad en malas condiciones de operación.
3.2. Humedad
 
El papel aislante tiene una gran afinidad por el agua y mucho menor por el aceite aislante por lo que generalmente absorberá agua además de aceite. La cantidad de agua en el papel siempre será mayor que en el aceite; el papel seco absorbe agua mas rápidamente que el papel impregnado de aceite, el cual tiene un rango más bajo de absorción de humedad. La humedad dentro del papel afecta la rigidez dieléctrica, el factor de potencia, envejecimiento y rigidez mecánica.
3.3.  Eliminación de humedad
La eliminación de la humedad presente en los aislamientos es necesario transformarla en vapor y expulsarla a la atmosfera. Lo anterior se puede lograr disminuyendo la temperatura de ebullición del agua, por medio de alto vacío o sea bajar la presión interna en la cuba o tanque a niveles donde el agua se vaporice y se pueda extraer en forma de gas.
 La aplicación del vacio tiene dos propósitos:
a)    Expansión y extracción del gas (en su mayoría aire) contenido dentro de un espacio cerrado, en este caso de una cuba o tanque cerrad. Esta expansión de los gases  ayuda a la expulsión de la humedad presente.
En la grafica se muestra la expansión del gas, al reducirse la presión a la que se encuentra sujeto; esta curva está basada en una presión de 759.98 mm hg, o sea la presión atmosférica a nivel del mar.
b) Reducción del punto de ebullición del agua contenida en forma de humedad dentro de los aislamientos, con lo cual su evaporación se acelera. Al convertirse el agua en vapor, este puede ser evacuado rápidamente, junto con los gases por medio de la bomba de vacio.
En la grafica se muestra el punto de ebullición del agua en función de la presión absoluta.


4.  Grados de secado
Puesto que la humedad presente en los aislamientos, afecta gradualmente sus características dieléctricas es necesario determinar los límites máximos permisibles de acuerdo con los niveles de voltaje de los transformadores.
4.1. Para transformadores con niveles de voltaje menores a 69 kv, se debe alcanzar una humedad residual de 0.7 %.
4.2. Para transformadores con niveles de voltaje entre 69 y 150 kv se debe alcanzar una humedad residual de 0.7 %.
4.3.  Para transformadores con niveles de voltaje de 230 y 400 kv, se debe de alcanzar una humedad residual de 0.3%


5. Método con alto vacio
Uno de los métodos para eliminar humedad en un transformador dentro de su tanque, consistente en someterlos a vacios muy altos a temperatura ambiente durante largos periodos de tiempo, de acuerdo con la expansión y extracción de su humedad a los límites establecidos.
Para lograr los vacios muy altos requeridos es necesario utilizar bombas de alto vacio de pistón  rotatorio de un solo paso o doble paso, selladas con aceite y capaces de alcanzar vacios del orden de 10 micrones (0.01 mm hg) y en algunos casos complementar estas bombas con un reforzador o BOOSTER en serie con las mismas, con lo que es posible alcanzar mejores vacios de un micrón (0.001mm Hg) y mejorar los tiempos de secado.


Procedimiento
5.1. Desconectar y dejar fuera de servicio el transformador que se va a secar.
5.2. Extraer completamente su aceite aislante e inyectar nitrógeno seco (punto de roció -40° C).
5.3. Eliminar los radiadores y el tanque conservador por medio de sus válvulas en cuanto sea posible, así como las válvulas o dispositivos de sobrepresión.
5.4. Medir la humedad residual de acuerdo al procedimiento SGP-A005-S.
5.5. Verificar que no haya fuga, aumentando la presión del nitrógeno hasta 10 lbs/pulg2, y localizándolas con espuma de jabón.
5.6. Instalar la bomba de vacio conectada al tanque del transformador en su parte superior, ya sea en el registro-hombre o en el tubo de alivio. La tubería de conexión especial para alto vacio debe ser de un diámetro de 2 a 4 pulgadas. Dependiendo de la capacidad de la bomba, la longitud debe ser lo más corta posible.
5.7. Entre la bomba de vacio y el tanque del transformador, se instalara en cuanto sea posible una trampa de hielo seco o SILICA gel para atrapar la humedad extraída por la bomba y conservar las cualidades del aceite del equipo de vacio
5.8. Expulsar el nitrógeno del tanque   hasta tener una presión manométrica de aproximadamente cero.
5.9. Poner en servicio la bomba de vacio y dejarla operando continuamente, hasta alcanzar un vacio correspondiente a la humedad residual detectada por la norma.
5.10. Cerrar la válvula principal de vacio y detener la bomba, verificar el abatimiento de vacio para detectar fugas en el tanque, al tenerse una tendencia de disminución del mismo.
5.11. En caso de haber fugas, es necesario detectarlas y corregirlas repitiendo el método de presurizar con nitrógeno.
5.12. Continuar con el proceso vigilando la acumulación de humedad en la trampa de SILICA gel (cambio de color) y por otro lado la colección de agua en la trampa, detener el proceso y determinar la humedad residual alcanzada de acuerdo al procedimiento SPG-A005-S, si se ha alcanzado el grado de secado deseado se da por terminado el proceso.
 
6. Método con alto vacio y calor
El método de secado con alto vacio y calor aplicado tiene por objeto acelerar la evolución, expansión y extracción del agua en forma de vapor, obteniéndose el secado de transformadores en tiempos más cortos.
El alto vacio se logra de la misma manera que en el método anterior, el calor es proporcionado por aceite previamente calentado por circulación a través de un grupo de resistencias y a su vez circulado dentro del tanque del transformador por un rociador bañando los devanados.
Este método se puede aplicar en dos variantes, dependiendo del equipo disponible en sitio y de acuerdo con los siguientes métodos.
6.1 Método continúo con alto vacio y calor aplicado
6.1.1 Desconectar y dejar fuera de servicio el transformador que se va a secar.
6.1.2 Extraer completamente el aceite aislante e inyectar nitrógeno seco, (punto de roció -40°C).
6.1.3 Eliminar los radiadores y el tanque conservador por medio de sus válvulas o dispositivos de sobrepresión.
6.1.4. Medir la humedad residual, de acuerdo al procedimiento SGP-A005-S.
6.1.5. Instalar dentro del transformador el sistema de regaderas o boquillas; al efectuar este trabajo se expulsara el nitrógeno, por lo que se deben tomar las medidas de seguridad necesarias.
6.1.6 Instalar las tuberías del EQUIPO DESGASIFICADOR DE ACEITE.
6.1.7 Instalar la bomba de vacio, conectarla al tanque del transformador en su parte superior ya sea en el registro- hombre o en el tubo de alivio; la tubería de conexión especial para alto vacio debe ser de un diámetro de 2 a 4 pulgadas.
6.1.8 Entre la bomba de vacio y el tanque del transformador se instalara, en cuanto sea posible, una trampa de hielo seco, o SILICA gel (los des-gasificadores de aceite VACCUTECH ya incluyen esta trampa), para atrapar la humedad extraída por la bomba de vacio.
6.1.9 Verificar fugas, aumentando la precisión del nitrógeno hasta 10 lbs/pulg, y localizándolas con espuma de jabón (incluyendo el sistema de aceite).
6.1.10 Poner en servicio la bomba de vacio y dejarla operando continuamente hasta alcanzar un  vacio correspondiente a la humedad residual detectada en el punto 6.1.4.
6.1.11 Cerrar la válvula principal  de vacio y detener la bomba; verificar el abatimiento de vacio para detectar fugas en el tanque al tenerse una tendencia “lineal” pronunciada en la perdida de vacio.
6.1.12 En el caso de haber fugas es necesario detectarlas, corregirlas y repetir el proceso de detención de fugas, hasta satisfacción técnica.
6.1.13 Introducir aceite al transformador por medio de una maquina DESGASIFICADORA DE ACEITE en una cantidad entre 10 y 20% del volumen de aceite total, procurando que el nivel se mantenga a la altura de la parte inferior de las bobinas y que tenga como mínimo una altura de un metro.
 
NOTA: El aceite empleado en el proceso será usado exclusivamente para esto y nunca se usara como aislante en condiciones normales de operación.
6.1.14 Poner en servicio el sistema o circuito de aceite, hacerlo circular y calentarlo hasta alcanzar una temperatura máxima de 70°C en el aceite.
6.1.15 Poner en servicio la bomba de vacio y continuar con el proceso en el alto vacio y por otro lado la colección de agua en la trampa de SILICA de acuerdo con los parámetros establecidos.
6.1.16 Detener el proceso y determinar la humedad residual alcanzada de acuerdo al procedimiento SPG-A005-S, si se ha alcanzado el grado de secado deseado, se da por terminado el proceso.
6.2 Método cíclico con alto vacio y calor aplicado
Cuando el método anterior no se pueda realizar de forma continua por no disponer de una MAQUINA DESGASIFICADORA DE ACEITE capaz de recircular aceite en condiciones de alto vacio dentro del transformador, se procede a efectuar ciclos alternados de calentamiento y de vacio considerando los mismos pasos indicados en los puntos 6.1.1, al 6.1.14 y a continuación se procede como sigue:
6.2.1 Suspender la circulación del aceite deteniendo la bomba y cerrando las válvulas de entrada y salida de aceite en el tanque del transformador, cuando la temperatura que se alcance en los devanados, sea como mínimo de 70°C, (no exceder 75°C).
6.2.2 Proceder a poner en servicio la bomba de vacio y mantenerla operando hasta que la temperatura en los devanados descienda hasta 30°C.
6.2.3 Romper el vacio con nitrógeno o aire seco (punto de roció -40°C) y volver a iniciar un ciclo de calentamiento con circulación de aceite caliente, hasta alcanzar nuevamente un mínimo de 70°C en los devanados.
6.2.4 Repetir la operación del punto 6.2.1.
6.2.5 Continuar con los ciclos necesarios, hasta que los parámetros de medición de batimiento de vacio de vacio al final de cada ciclo y el control de agua extraída de la trampa de SILICA gel, indique que se ha alcanzado el grado de secado deseado.
6.2.6 Detener el proceso y determinar la humedad residual alcanzada de acuerdo al procedimiento SGP-A005-S, si se ha logrado el grado de secado deseado se da por terminado el proceso.


7. Método con aire caliente
Este método se aplica excepcionalmente en transformadores de mediana potencia y tensión sobre todo en los casos cuando no se puede someter a altos vacios el tanque del transformador y por lo tanto no son aplicables los procedimientos según los puntos 5,6.1 y 6.2. En este método la eliminación de humedad se realiza por la aplicación directa de calor por medio de aire a temperaturas altas, no se alcanzan puntos de ebullición, ya que por efecto superficial, la evaporación sucede a temperaturas más bajas.

7.1 Método con aire caliente (abierto)
Este método consiste en la colocación del núcleo y bobinas dentro de un recipiente o en su propio tanque, haciendo pasar a través de los ductos de refrigeración, aire limpio a una temperatura entre 100 y 110 °C.
7.1.1 El tanque del transformador debe ser cubierto completamente (forrado) con lonas o materiales que se puedan servir como aislantes térmicos. Para mantener caliente el núcleo y bobinas.
7.1.2  En la parte inferior del tanque se conecta una manguera de 6-0 máxima posible, pulgadas de diámetro para la entrada de aire caliente.
7.1.3 Colocar en el interior del tanque, a la altura de la entrada del aire caliente     (en cuanto sea posible), mamparas de asbesto como deflectores para tratar de dirigir el flujo del aire.
7.1.4 Utilizar un calentador del aire del tipo industrial. También se puede improvisar uno por medio de de un tambo de vacio de 200 L, un grupo de resistencias eléctricas y un ventilador, de tal manera que se alcance la temperatura especifica y el flujo necesario.

8.1.1  Medición de vacio
Existen varios tipos de medidores que pueden usarse en campo para la medición del vacio alcanzado dentro de los tanques de los transformadores y su aplicación depende del grado de vacio que se pretende medir:
a) Medidor de bourdon. Este medidor consiste de un tubo o diagrama conectado al sistema bajo vacio, ligado mecánicamente a una aguja la cual indica la presión sobre una caratula graduada, este medidor se emplea generalmente en bajos vacios (presiones absolutas altas).
b) Medidor de termopar. Este medidor consta de un par termoeléctrico, encerrado en un tubo de vidrio o metal el cual es insertado en el recipiente bajo vacio. cualquier cambio de presión provoca un cambio de temperatura en el termopar lo que a su vez provoca un potencial en MV, que convertido a medición de presión puede dar lecturas directas en una caratula graduada. Estos medidores tienen un rango de 1 m hg a 20 Torrs y se emplean generalmente en altos vacios (presiones absolutas bajas), lo recomendable es un medidor con rango de 0-1000 micrones (0-001 Torr).
c)  Medidor tipo Mc Lead. Este medidor consiste básicamente de un tubo capilar de vidrio el cual contiene mercurio; el arreglo o conformación de este tubo depende de los rangos que se pretendan medir, así como los diseños de los propios fabricantes de este medidor. Este tubo se conecta al recipiente bajo vacio midiendo directamente la presión absoluta por el peso del mercurio desplazado estos medidores son de muy alta presión sus rangos pueden variar desde 20 Torrs hasta 1 micrón.

Recomendaciones
En resumen es un proceso de secado de transformadores se pueden usar los tres tipos de medidores mencionados, según avance el proceso de vacio.

8.1.2     Conductancia
Las pérdidas por conductancia en las tuberías o mangueras bajo vacio pueden ser releevantes durante un proceso de evacuación de aire y gases para lograr altos vacios es necesario tener presente que los diámetros de las tuberías abajo vacio, deben ser de acuerdo con la capacidad de las bombas de vacio así como la longitud de estas tuberías o mangueras puesto que tanto las mangueras como las propias tuberías no pueden ser directas y rectas entre la bomba de vacio y el tanque del transformador los cambios de dirección aumentan las perdidas por conductancia como una regla general se recomienda usar un factor de 10 por cada 90 totales en cambios de dirección aplicado al diámetro utilizando y agregando esta cantidad como longitud extra (pulgadas) de manguera en el cálculo de perdidas.

8.2  Bombas de vacio

8.2.1 Bombas de pistón rotatorio