Los transformadores son equipos clave en la transmisión de energía eléctrica y procesos industriales, por tal razón, determinar su vida útil remanente es de gran importancia; y por medio del análisis de compuestos furánicos podemos lograr dicho objetivo. En esta presentación, el jefe de nuestro laboratorio, Químico Herney Londoño nos habla a profundidad sobre este análisis, sus características, ventajas y aprenderemos como interpretar sus resultados.

1. Determinación del tiempo de vida útil
remanente de transformadores a través
del análisis de compuestos furánicos
Herney Londoño
Jefe Laboratorio

2. INTRODUCCIÓN
 Los transformadores son equipos
claves dentro de la red de transmisión de
energía eléctrica y respaldan procesos
industriales claves.
 Por esto es importante determinar el
tiempo de vida útil, que puede tener con
el fin de planear con tiempo su cambio y
evitar posibles paradas de procesos.
[1]

3. AISLAMIENTO LÍQUIDO
 El aceite aislante proporciona un
aislamiento liquido de fácil tratamiento y
mantenimiento para recuperar sus
propiedades físico-químicas.
 ¡ Incluso si está muy deteriorado el aceite
aislante cambiarlo sería a un costo
moderado !

4. AISLAMIENTO SÓLIDO
•Envuelve milímetro
a milímetro el cobre.
1
•Su diagnóstico es muy
difícil y se debe hacer
por medio del aceite
aislante.
2 •Es poco viable
sustituirlo o tratarlo.
3
•El papel que se utiliza
en los transformadores
de potencia es
conocido como papel
Pressboard.
4
[2]

5. AISLAMIENTO SÓLIDO
Dicho papel, proporciona excelentes propiedades, dentro de las que se
destacan:
 Excelente impregnación de aceite, por ende, excelente rendimiento
en los campos eléctricos.
 Buena estabilidad geométrica en aceite.
 Alta rigidez mecánica.
 Buena flexibilidad.
 Alta rigidez dieléctrica (mayor que la del aceite aislante).
 Aislamiento sólido más económico para la refrigeración en aceites de
transformadores de potencia.
La vida de los transformadores viene determinada por el deterioro de la
resistencia mecánica del aislamiento de papel.
[3]
[4]

6. Composición y envejecimiento
del papel aislante

7. COMPOSICIÓN DEL PAPEL AISLANTE
CELULOSA
ALPHA
HEMICELULOSA LIGNINA CELULOSA
El papel aislante no es más que un material formado por fibras embutidas como la CELULOSA. La
celulosa para la fabricación de papel aislante se obtiene de la madera y esta compuesto por: Celulosa
Alpha (1200 unidades de cadena en glucosa) 50% a 56% apx, Hemicelulosa (<200 cadenas de
glucosa) entre el 15% y el 25% apx y la Lignina "cemento" quimico que une las fibras entre el 27% y
29% apx.

8. COMPOSICIÓN DEL PAPEL AISLANTE
La celulosa es un polímero de condensación lineal que consiste en anhidroglucosas unidas entre sí
por enlaces glucosídicos.
ESTRUCTURA DE LA CELULOSA

9. ENVEJECIMIENTO DEL PAPEL AISLANTE
Se debe a la
despolimerización, de la
celulosa.
[5]

10. ENVEJECIMIENTO DEL PAPEL AISLANTE
GP>1000
•100% de vida útil remanente.
GP≈ 250
•Plan de contingencia.
GP≈ 200
•Vida útil cuestionable.
GP≤100
•Fin de vida útil.
[6]

11. ENVEJECIMIENTO DEL PAPEL AISLANTE
MEDIANTE OXIDACIÓN
 El Oxigeno es la segunda causa principal de envejecimiento del papel,
esencialmente es una forma de pirolisis o combustión lenta, ya que los
principales productos son Agua y Dióxido de Carbono.
 Hay varios productos intermedios en el proceso oxidativo; 2-Furfural,
hidroximetilfuraldehido y el monóxido de carbono, el 5-metil-2-
furaldehído, 2-acetil-fúrano y alcohol furfurílico estos ultimos parecen
ser producidos exclusivamente por la oxidación.
 La despolimerazación oxidativa es catalizada por radicales hidroxilos
(OH), producidos por la descomposición de peróxido de hidrogeno y de
hidroperóxidos orgánicos (ROOH).
los grupos aromáticos tiol
se introducen en la lignina
durante el proceso de
fabricación Kraft

12. ENVEJECIMIENTO DEL PAPEL MEDIANTE
PIRÓLISIS
• Por pirolisis se hace referencia a un proceso que puede
tener lugar sin acceso de agua u oxigeno o cualquier otro
agente que pueda iniciar la descomposición.
A temperatura normal o sobrecarga
(≤140ºC)
• Poca relevancia
Altas temperaturas
• Pueden ocurrir defectos con la consiguiente
generación de H2O, 2- Furfural, CO y CO2.

13. Determinación de la vida de los
transformadores de potencia a partir
de compuestos furánicos

14. GENERACIÓN DE COMPUESTOS FURÁNICOS
 Los compuestos furánicos son los principales
productos de degradación del papel aislante de
celulosa.
 Su determinación de realiza sobre muestras de
aceite extraídas del transformador.
 La concentración de derivados furánicos
disueltos en el aceite es muy reducida (ppb).
 A diferencia del resto de los productos de
degradación, los furanos sólo pueden surgir de
la descomposición de materiales celulósicos en
un transformador.

15. DETERMINACIÓN DEL GRADO DE POLIMERIZACIÓN
• La determinación del grado de polimerización está relacionada con el contenido de 2-Furaldehido y se
puede determinar por medio de los métodos presentes en la siguiente gráfica.

16. DETERMINACIÓN DEL GRADO DE POLIMERIZACIÓN
 Para obtener la relación entre las concentraciones de furanos en el aceite y el DP del papel, se llevaron a cabo
ensayos de envejecimiento acelerado de muestras de papel en diferentes laboratorios.
 El análisis de los datos de prueba sugiere que existe una relación aproximadamente lineal entre el logaritmo de la
concentración de 2FAL en aceite y la DP de papel Kraft estándar.
• 𝐿𝑜𝑔10 2𝐹𝐴𝐿 = 1,51 −
0,0035 ∗ 𝐷𝑃
1991-Curva
Chengdong
• 𝐷𝑃 =
7100
8,88+(2𝐹𝐴𝐿)
• Sugiere que cada vez que
tres cadenas de celulosa se
rompen, se genera una
molécula de 2-furfural
1999- De Pablo
primera ecuación • Se basa en la suposición de
que el 20% del papel se
degrada rápidamente.
• 𝐷𝑃 =
800
0.186∗2𝐹𝐴𝐿+1
1999- De Pablo
segunda ecuación

17. DETERMINACIÓN DEL GRADO DE POLIMERIZACIÓN
• 𝐿𝑜𝑔10 2𝐹𝐴𝐿 =
2,5 − 0,005 ∗
𝐷𝑃
1999-
Burton
• 𝐿𝑜𝑔10 2𝐹𝐴𝐿 =
2,6 − 0,0049 ∗
𝐷𝑃
Pablo
Vuarchex
 Los resultados obtenidos por los distintos autores
son significativamente diversos no existiendo en la
actualidad un modelo unánimemente aceptado
para relacionar el contenido de 2 FAL con el DP.
 Estas diferencias se deben a que en la cinética de
formación de los compuestos furánicos también
depende de las condiciones de funcionamiento del
transformador.

18. ESTIMACIÓN DEL TIEMPO DE VIDA DEL
TRANSFORMADOR
 Para transformadores sin papel térmicamente enriquecido la mejor
estimación del DP se obtiene usando el contenido de 2-furaldehído
(2-FAL), que es el que presenta mayores concentraciones en las
pruebas experimentales realizadas.
 La ecuación que proponen es la siguiente:
𝑫𝑷 =
𝒍𝒐𝒈 𝟐𝑭𝑨𝑳 ∗ 𝟎, 𝟖𝟖 − 𝟒, 𝟓𝟏
−𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟓
%𝑽𝒊𝒅𝒂 𝒖𝒕𝒊𝒍𝒊𝒛𝒂𝒅𝒂 =
𝒍𝒐𝒈 𝑫𝑷 − 𝟐, 𝟗𝟎𝟑
−𝟎, 𝟎𝟎𝟔𝟎𝟐𝟏

19. Diagnóstico del estado del
transformador con base a los
compuestos furánicos

20. DIAGNÓSTICO DEL ESTADO DEL TRANSFORMADOR EN
BASE A LOS COMPUESTOS FURÁNICOS
1
• La zona de arrollamiento donde se encuentra el punto mas
caliente es donde se producirá una mayor generación de furanos
2
• La tasa de producción de furanos también parece ser dependiente de la
temperatura de operación del transformador y del grado de envejecimiento
del papel.
3
• Otros parámetros tales como el tipo de aislamiento,
el contenido de humedad del aislamiento, la cantidad de oxígeno en el
aislamiento, la presencia de ácidos u otros contaminantes

21. • Se han relacionado cada uno de los furanos encontrados con determinados tipos de falla de acuerdo a la
siguiente tabla:
Compuestos furánicos Posible diagnóstico de falla
asociado
5 Hidroximetil-2-Furaldehido Oxidación
Alcohol Furfurílico Alto contenido de Humedad
2 Furaldehido Envejecimiento normal y
Sobrecalentamiento
2 Acetil Furano No está determinada la causa
5-Metil-2-Furaldehido Altas temperaturas
POSIBLES CAUSAS DE FORMACIÓN DE
COMPUESTOS FURÁNICOS

22. LIMITES DE LOS COMPUESTOS FURÁNICOS EN
FUNCIÓN DE LA EDAD DEL TRANSFORMADOR
Los niveles de 2-FAL en un aceite normal son
muy diferentes a los de los aceites inhibidos
Para los aceites inhibidos, la concentración
de 2-FAL es mucho menor que para los
aceites no inhibidos (A la misma edad)
El inhibidor puede influir en la formación de 2-
FAL o puede tener un efecto sobre su migración
del papel para el aceite.

23. ESTABILIDAD DE LOS COMPUESTO FURÁNICOS
Sin Oxigeno
Todos los furanos son
estables en el rango más
común de temperaturas de
funcionamiento (70 a 110 ).
Presencia
significativa de
oxigeno
La tasa de pérdida de
concentración de furanos
va en el siguiente orden:
2ACF ≈ 5M2F> 2FAL>
5H2F> 2FOL
A 70 °C , la pérdida es
mínima para todos los
furanos, excepto el 2FOL
(alrededor de 30% de
pérdida).
T de 90 °C a 110 °C,
comienza la inestabilidad
de algunos furanos,
llegando prácticamente a
agotarse los compuestos
furánicos 2FOL y 5HOM.
 La utilidad de 2FOL y 5H2F se reduciría en los
transformadores con sistemas de libre
respiración.
 Los otros furanos (2FAL 5M2F y 2ACF), son lo
suficientemente estables como para ser
utilizados como indicadores para el diagnóstico
de casi todos los transformadores.

24. REPARTO DE FURANOS ENTRE EL ACEITE Y EL PAPEL
 Las técnicas de diagnóstico de transformadores deben ser técnicas no
invasivas, ya que sería muy costoso y agresivo tener que desencubar un
transformador para realizar un diagnóstico del mismo.
 Por ello, el diagnóstico del grado de envejecimiento de un transformador
se realiza determinando los compuestos furánicos disueltos en el aceite
 La regeneración del aceite disminuye su concentración de furanos, pero
no elimina los furanos del transformador, ya que la mayoría de los furanos
residen en el papel.
 No obstante, la migración de los furanos hacia el aceite desde el papel
puede durar meses hasta que se alcance un equilibrio (ya que el furfural
es un compuesto polar, que requiere un tiempo para ser liberado al
aceite)

25. Análisis de contenido de
Furanos

26. ANÁLISIS DE CONTENIDO DE FURANOS
 La determinación de Contenido de compuestos furanos se
realiza de acuerdo al método de la Norma ASTM D 5837-15.
 El estudio de compuestos furánicos es una buena técnica para
conocer el envejecimiento del papel.
 Es más adecuado y confiable realizar el análisis de contenido
de furanos en un laboratorio idóneo, que realizar el ensayo de
Grado de Polimerización, ya que la toma de muestra implica
una invasión al transformador, y puede tener consecuencias
indeseables.

27. ANÁLISIS DE CONTENIDO DE FURANOS
 Transequipos S.A esta acreditado por el Organismo Nacional
de Acreditación de Colombia (ONAC) en el ensayo "Método de
prueba estándar para compuestos furánicos en líquidos
aislantes por cromatografía líquida de alta resolución HPLC", y
cuenta con la acreditación ISO/IEC 17025:2017.
 Se recomienda incluir dentro de la rutina de diagnóstico a los
transformadores el ensayo de contenido de compuestos
furánicos, con el fin de tener criterios para tomar la decisión
de invertir en el cambio de un equipo o realizar un
mantenimiento menos oneroso.
ISO/IEC 17025:2005
13-LAB-018