El invierno rara vez llega con estruendo.

Con más frecuencia, entra en silencio.

Primero, algunas mañanas frías.

Luego, una humedad que no desaparece ni al mediodía.

Y al final, pequeñas señales fáciles de ignorar. El transformador funciona. Los parámetros aún están dentro del límite. Nada aúlla. Nada chispea. Y justo entonces comienza el problema.

La condensación de humedad en el depósito de un transformador no da síntomas espectaculares.

No corta la red un día. No envía una alarma por SMS. Actúa como una corrosión lenta de la confianza. Al acumularse en las paredes del depósito, en el aislamiento de papel y en el aceite, reduce sistemáticamente la rigidez dieléctrica del sistema.

Es un tema que vuelve cada invierno. Y casi siempre cuando ya es demasiado tarde.

Durante años hemos trabajado con transformadores de media tensión en condiciones reales de operación.

Hemos visto transformadores que eléctricamente estaban correctamente dimensionados, cumplían los requisitos de EcoDesign Tier 2, tenían documentación completa y aceite nuevo.

Y aún así, después de dos o tres temporadas invernales, comenzaban a dar problemas.

El denominador común muy a menudo era la humedad.

La condensación del vapor de agua no es un defecto de fabricación. Es un fenómeno físico.

Este texto es para todos los que quieren entender qué ocurre realmente en el depósito de un transformador en invierno y cómo contrarrestarlo, antes de que el asesino silencioso empiece a contar las pérdidas.

Después de la lectura, sabrás de dónde viene el agua en el transformador, por qué el problema se intensifica en invierno, cuáles son las consecuencias reales para el aislamiento y cómo reducir el riesgo a nivel de diseño y de operación.

Tiempo de lectura: 12 minutos

¿De dónde sale el vapor de agua en el depósito del transformador?

El aire siempre contiene agua.

Incluso cuando parece seco.

La humedad relativa no es un parámetro abstracto del pronóstico del tiempo. Es la cantidad real de vapor de agua que puede condensarse cuando la temperatura baja.

El depósito del transformador es un espacio cerrado, pero rara vez es perfectamente hermético en el sentido físico. Incluso las construcciones estancas tienen microfenómenos de difusión.

A esto se suman los momentos de apertura, transporte, montaje, llenado con aceite y trabajos de mantenimiento.

Si el aire con un determinado grado de humedad entra en el interior del depósito y luego hay un descenso en la temperatura de las paredes del mismo, el vapor de agua comienza a condensarse.

El punto de rocío se alcanza con más frecuencia de lo que esperamos.

En invierno, este mecanismo actúa sin piedad.

Durante el día, el transformador trabaja, el aceite se calienta y el aire interior aumenta su capacidad de retener humedad.

Por la noche, todo se enfría.

El vapor de agua busca la superficie más fría.

Con mayor frecuencia, son las partes superiores del depósito y los elementos estructurales.

¿Por qué el invierno es el catalizador del problema?

El invierno es una temporada de grandes amplitudes térmicas. Una diferencia de varios grados entre el día y la noche no es nada extraordinario. Para el transformador, esto significa una respiración cíclica del volumen de aceite y aire.

El concepto clave aquí es el punto de rocío. Es la temperatura a la cual el aire con un determinado nivel de humedad relativa deja de poder mantener el vapor de agua en estado gaseoso.

Por ejemplo, aire con una humedad relativa del 60% a una temperatura de 20 °C alcanza su punto de rocío ya alrededor de los 12 grados.

Esto significa que cualquier superficie más fría que ese umbral se convierte en un lugar de condensación.

Las paredes del depósito del transformador en invierno a menudo tienen una temperatura significativamente más baja que el aire interior. Especialmente las partes superiores del depósito, las tapas y los elementos estructurales que sobresalen por encima del nivel del aceite. Ahí es donde el vapor de agua se condensa primero.

En los transformadores respiradores, cada enfriamiento significa aspirar aire del exterior. Si el desecador de aire está gastado, mal elegido o simplemente olvidado, la humedad llega al interior. Con temperaturas cercanas a cero, la capacidad del aire para almacenar vapor de agua disminuye bruscamente, por lo que la condensación ocurre casi de inmediato.

En los transformadores herméticos, el fenómeno es más sutil, pero sigue existiendo. El aceite cambia de volumen con la temperatura.

Con una caída de temperatura de 20 °C, el volumen del aceite puede disminuir aproximadamente un 1%.

En un depósito con una capacidad de varios miles de litros, esto significa cambios reales de presión y trabajo de las juntas.

La humedad no entra por la puerta, sino que entra por la ventana de la física. La difusión del vapor de agua a través de los materiales de sellado es lenta, pero no nula. El invierno le da tiempo y condiciones favorables.

Además, en invierno el transformador suele trabajar con mayor carga. Bombas de calor, calefacción eléctrica, infraestructura de carga de vehículos. Más calor durante el día, más frío durante la noche.

Condiciones ideales para la condensación.

¿Qué sucede con el agua después de condensarse?

El agua dentro del depósito de un transformador no se comporta como un charco en el hormigón. Su destino depende de muchos factores.

Parte del agua condensada se desliza por las paredes del depósito y llega al aceite.

El aceite de transformador tiene una capacidad limitada para disolver agua.

A una temperatura de aproximadamente 20 °C, está en el orden de decenas de ppm*

*ppm = partes por millón - corresponde a 1 miligramo por litro de sustancia (mg/l) o 1 miligramo por kilogramo (mg/kg) de agua.).

El exceso de agua migra hacia el aislamiento de papel. Y el papel aislante eléctrico actúa como una esponja. Una vez absorbida, la humedad es muy difícil de eliminar.

Cada punto porcentual de contenido de agua en el papel reduce drásticamente su rigidez dieléctrica y acelera su envejecimiento. No es un proceso lineal. Es una curva que de repente empieza a dispararse.

Aceite y humedad. Un dúo tóxico

El aceite de transformador cumple dos funciones clave: aísla y enfría. La humedad ataca ambas a la vez.

La solubilidad del agua en el aceite de transformador depende fuertemente de la temperatura.

A 20 °C, un aceite mineral típico es capaz de disolver entre 30 y 50 ppm*.

A 60 °C, este valor puede triplicarse.

Esto significa que durante el día el aceite absorbe humedad, y por la noche, cuando la temperatura baja, el exceso de agua comienza a precipitarse.

Ya un pequeño aumento en el contenido de agua en el aceite provoca una caída en el voltaje de ruptura.

Con un nivel de 20 ppm, el voltaje de ruptura puede ser superior a 60 kV.

Con 40 ppm, a menudo cae por debajo de 40 kV.

Es una diferencia que, en condiciones de cortocircuito, determina la supervivencia o el fallo del aislamiento.

En invierno, el efecto de aparente mejora es traicionero.

Al tomar una muestra de aceite a baja temperatura, se puede obtener un resultado que indique un menor contenido de agua disuelta. Parte de la humedad se encuentra entonces ya en el papel o en forma de microgotas que los análisis estándar no siempre detectan.

A esto se suma el envejecimiento acelerado del aceite.

En presencia de agua y temperatura elevada, aumenta la velocidad de las reacciones químicas.

Se forman ácidos. Aumenta el índice de acidez.

El aceite pierde sus propiedades más rápido de lo que predice la norma IEEE.

Análisis de aceite en invierno - 3 métodos clave

En invierno, el análisis de aceite requiere una interpretación especialmente cuidadosa.

Se vuelven cruciales tres herramientas.

La primera es la determinación del contenido de agua por el método Karl Fischer.

El resultado debe referirse siempre a la temperatura del aceite en el momento de tomar la muestra y al historial de funcionamiento del transformador. Un resultado bajo en ppm en una muestra fría no significa que no haya humedad. Puede significar que ya ha abandonado el aceite.

La segunda herramienta es el análisis de gases disueltos (DGA).

La presencia de hidrógeno y monóxido de carbono en concentraciones elevadas, sin los gases clásicos de cortocircuito, suele ser la primera señal de degradación del papel aislante causada por la humedad.

El tercer elemento es la observación de tendencias, no de puntos aislados.

En invierno, es especialmente importante comparar los resultados de diferentes estaciones del año.

Los picos en el contenido de agua entre verano e invierno dicen más que el valor absoluto.

El análisis del aceite del transformador permite detectar los efectos de la condensación del vapor de agua antes de que provoque degradación. Este tipo de análisis permite detectar amenazas para el aislamiento antes de que ocurra una falla en invierno. Foto CC: Freepik/13628

Un transformador no se avería el día del análisis. Cuenta una historia que hay que saber leer.

Aislamiento de papel. El eslabón más débil

A primera vista, el aislamiento de papel parece un elemento secundario.

No se ve desde fuera, no tiene parámetros fáciles de vender en una tabla, no impresiona como la potencia o la eficiencia. Y sin embargo, es él quien muy a menudo marca el final real de la vida útil del transformador.

El papel aislante eléctrico envejece por definición.

El proceso de despolimerización de la celulosa ocurre siempre, incluso en condiciones ideales.

El problema comienza cuando entra en juego la humedad. Incluso un pequeño aumento en el contenido de agua en el papel actúa como un catalizador del envejecimiento. Se acepta que cada duplicación de la humedad del papel acelera significativamente la degradación de las cadenas de celulosa.

¿Qué significa esto en la práctica de la ingeniería?

Una disminución de la resistencia mecánica de los devanados. El papel deja de cumplir la función de un espaciador estable, y los devanados pierden resistencia a las fuerzas electrodinámicas que aparecen durante los cortocircuitos.

El transformador puede funcionar correctamente durante años, hasta el primer gran desafío en la red. Entonces, el aislamiento débil no se rompe de manera espectacular. Simplemente no resiste.

La humedad no es una falla. Es un proceso.

Un asesino silencioso que no destruye de inmediato, sino que sistemáticamente le quita al transformador su margen de seguridad. Y precisamente por eso, el aislamiento de papel suele ser el eslabón más débil de todo el sistema.

No porque sea malo, sino porque es despiadado con las negligencias.

Transformador hermético o con conservador? Diferencias en el riesgo de humedad

En invierno, un transformador revela rápidamente de qué escuela de diseño proviene.

El hermético, por definición, limita el contacto con el aire exterior.

El aceite, el espacio gaseoso y el depósito forman un sistema cerrado. Para la humedad, esta es una situación difícil. No hay puertas giratorias, no hay invitaciones diarias para que entre el vapor de agua. Es una ventaja enorme durante la temporada de calefacción.

Pero "hermético" no es una cápsula mágica al vacío.

Sigue siendo acero, juntas y personas en el montaje. Una conexión mal apretada, una junta instalada en un día húmedo, y la humedad tiene un abono por años. Sin desecador, sin válvula, sin vía de evacuación. Silencio, tranquilidad y consecuencias muy prolongadas.

Las construcciones con conservador de aceite funcionan de manera diferente.

Aquí, el volumen de aceite se compensa mediante el contacto con el aire atmosférico.

Es una solución conocida, probada y aún común. La cuestión es que en invierno requiere carácter.

El desecador de aire no es una decoración. Es un guardia de seguridad en la puerta. Si duerme, la humedad entra sin preguntar. Y en invierno, el desecador se fatiga más rápido que en verano. El gel pierde eficacia, los colores pueden mentir, y cada enfriamiento nocturno es otra porción de humedad absorbida hacia dentro.

En resumen, se ve así. En el hermético, responde el diseño y el montaje. En el transformador con conservador, responde la operación. La física es imparcial, pero muy minuciosa.

Por eso, la elección no debería comenzar con la pregunta de cuál es mejor, sino con quién lo cuidará en invierno.

Ya hemos tratado este tema más a fondo aquí:

Transformador con conservador o hermético: ¿Cuándo tiene sentido cada uno?

Porque el vapor de agua no tiene una tecnología favorita.

Simplemente verifica dónde puede entrar sin tocar.

Errores típicos de montaje

La humedad rara vez es culpa del propio equipo.

Con más frecuencia es el efecto de pequeños descuidos:

✖ Abrir el depósito en condiciones húmedas sin protección.

✖ Dejar el transformador sin aceite durante un período prolongado.

✖ Transporte y almacenamiento en un patio abierto sin cubiertas.

✖ Falta de precalentamiento antes del arranque en invierno.

Cada uno de estos elementos por separado parece inofensivo. Juntos, crean el entorno perfecto para la condensación.

Síntomas fáciles de ignorar

Las primeras señales de presencia de humedad son sutiles:

✖ Cambios menores en los parámetros del aceite.

✖ Un ligero aumento de la tangente delta.

✖ Una mínima reducción de la tensión de ruptura.

A menudo llegan al informe de pruebas periódicas y permanecen allí durante años. Sin reacción (✖!).

Porque el transformador, después de todo, funciona. El problema es que la física no lee informes.

Cómo reducir el riesgo de condensación

No se puede eliminar completamente la humedad.

Pero se puede gestionar.

En el diseño, vale la pena apostar por construcciones herméticas.

Cuidar de las reservas adecuadas de volumen de aceite y soluciones que limiten las fluctuaciones de temperatura.

Operacionalmente, la clave es la disciplina.

Controles, análisis de aceite, respuesta a desviaciones.

En invierno, adquiere especial importancia la forma de arranque.

Carga gradual.

Evitar ciclos bruscos de calentamiento y enfriamiento.

El enfoque moderno para los transformadores de Media Tensión

Los transformadores modernos se diseñan pensando en estos escenarios.

El invierno siempre llegará.

La condensación del vapor de agua no hace ruido.

No se enciende en rojo.

Pero deja huella en cada temporada.

El diseño consciente, el montaje correcto y una operación atenta permiten borrar esa huella antes de que se convierta en una costosa avería.

Por eso, cada vez más, la elección del transformador deja de ser solo una decisión sobre potencia y tensión.

Se convierte en una decisión sobre la resistencia a las condiciones reales de trabajo.

Si estás considerando la compra o sustitución de un transformador, nuestra oferta actual de transformadores de aceite ha sido diseñada precisamente pensando en escenarios donde la humedad, la variabilidad de temperaturas y la estacionalidad de la carga son la norma, no la excepción.

Se complementa con transformadores secos, para donde las condiciones ambientales o el tipo de instalación requieren un enfoque diferente.

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Fuentes:

IEEE Power and Energy Society. Moisture effects in oil filled transformers.

CIGRE Technical Brochures on transformer insulation ageing.

IEC publications on insulating liquids and moisture management.

Cover Photo: Freepik/2148635097