MX2012009562A - Dispositivo para determinar continuamente la tasa de extraccion de vapor de agua utilizado en el secado de transformadores. - Google Patents

Abstract

El invento consiste en un medidor de flujo de humedad en el aire a presiones negativas en el secado de transformadores mediante un proceso de vacío para extracción del agua, provocando un diferencial de presión por medio de un dispositivo placa de orificio y la medición de punto de rocío en continuo. El invento consiste en una tubería, un medidor de punto de rocío en continuo capaz de soportar presiones negativas, así como la utilización de una placa de orificio y dos medidores de vacío (vacuómetros) capaces de medir la presión de vapores condensables, así como una placa de orificio que permite una caída de presión. Las señales tanto de presión en ambos lados de la placa de orificio y la de temperatura de punto de rocío son enviadas a una tarjeta de adquisición de datos que con la ayuda de un algoritmo permiten determinar la cantidad de agua en peso que fluye por unidad de tiempo.

Description

DISPOSITIVO PARA DETERMINAR CONTINUAMENTE LA TASA DE EXTRACCIÓN DE VAPOR DE AGUA UTILIZADO EN EL SECADO DE TRANSFORMADORES CAMPO DE LA INVENCION La presente invención está relacionada con dispositivos para la medición de flujo de vapor agua para optimización de procesos de secado de transformadores bajo vacío, y particularmente se relaciona con un dispositivo para determinar continuamente la tasa de extracción de vapor de agua utilizado en el secado de transformadores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Muchos transformadores y otros equipos eléctricos utilizan celulosa como elemento aislante en su fabricación. Las propiedades dieléctricas de la celulosa junto con su abundancia, su durabilidad, y la facilidad en su manipulación durante los procesos de manufactura la convierten en un elemento ideal para la fabricación de equipos eléctricos. Es común encontrar equipos que además de celulosa, utilizan fluidos dieléctricos como reforzadores de la capacidad 'dieléctrica de la celulosa, además de servir estos mismos como medio para transferencia de calor hacia el exterior, protegiendo al equipo de daños producidos por exposición a altas temperaturas de los materiales eléctricos. Sin embargo, a pesar de las múltiples ventajas de este material, es bien conocido desde hace más de medio siglo que su envejecimiento conlleva a' la perdida de algunas de . sus propiedades fundamentales, entre ellas su rigidez dieléctrica. Por esta razón, es fundamental realizar todo aquello' que esté al alcance a fin de evitar la degradación de este componente y evitar así posibles problemas con el funcionamiento de los equipos relacionados con fallas del material dieléctrico.

Los transformadores eléctricos de potencia son dispositivos que modifican el voltaje en los circuitos eléctricos para transmisión de energía, su potencia es alta, por lo que también su capacidad de conducción de corriente resulta elevada. Debido a que en los transformadores eléctricos de potencia se manejan voltajes muy altos, se emplean sistemas aislantes a base de celulosa (papel, cartón, madera) así como un fluido dieléctrico que sirve como medio de enfriamiento, es necesario que el contenido de humedad sea bajo dentro de los transformadores eléctricos de potencia para evitar que se impacte en las propiedades dieléctricas de estos componentes, no solo en los primeros periodos de operación, sino a lo largo de su vida útil. Estos aparatos son desarmados en la planta antes de su embarque y posteriormente' armados y reconectados una vez que llegan a la subestación donde operarán. Para su reconexión e inspección en el interior, se introduce personal especializado dentro del tanque de un transformador eléctrico de potencia, pero se requiere por cuestiones de seguridad que se mantenga un registro abierto totalmente, lo cual favorece que exista intercambio con el aire atmosférico y la humedad que este contenga, y se deposite agua en la superficie de los conductores y sus aislamientos. Ahora bien, una vez inspeccionado y efectuadas las conexiones interiores y antes de llenar de aceite dieléctrico para su energización, se requiere de extraer la humedad en el aire y depositada en la superficie de los aislamientos. Para el proceso de secado antes descrito existe un método práctico y convencional que se lleva a cabo éxtrayendo el aire y bajando la presión del interior del tanque de transformador eléctrico de potencia por medio de una bomba de vacío, no sin antes asegurar la hermeticidad en el tanque. La conexión entre bomba de vacío y el tanque cerrado se realiza mediante una manguera o tubería. Dicho proceso puede tener una duración de varios días dependiendo de la humedad que se introdujo y el tamaño o volumen del tanque. Existen también pruebas para determinar con certidumbre el nivel de humedad del transformador. La mayor parte de estas pruebas están relacionadas con el cálculo de la presión del interior del tanque, ya que la presión del interior del tanque es un resultado de la presión de vapor que tiene la humedad del interior. Las unidades de medición de presión que comúnmente se utilizan son los milímetros de mercurio, en el entendido que al arrancar el proceso de extracción el sistema se encuentra a la presión atmosférica que es de 760 mm de mercurio a nivel del mar, o bien una atmósfera.

Durante la instalación y puesta en servicio de un transformador de potencia, el proceso de secado es una de las actividades que llevan mayor tiempo en concluirse, además de los riesgos .de un reproceso y tiempos muertos que pudiese existir en la determinación de la humedad como prueba de validación para concluir el secado.

Por lo anterior cobra un gran valor el monitoreo de la eficiencia del proceso de extracción de humedad o secado. En ocasiones dicho monitoreo se lleva a cabo aislando (cerrando una válvula intermedia entre el tanque del transformador y la bomba de vacío) el tanque y midiendo como aumenta la presión en el mismo que se encuentra a presión negativa (pero sin extracción) . En este método se mide abatimiento (aumento de presión en un recipiente cerrado) en función al volumen del tanque durante media hora. Si el aumento es significativo, entonces es probable que exista una entrada de aire por alguna parte del transformador o bien, que la presión de vapor alta esté provocando que la presión dentro del tanque aumente en forma rápida.

Existen métodos convencionales utilizados por la mayoría de los instaladores de transformadores eléctricos de potencia para determinar la humedad en el transformador y que definen la terminación del proceso de secado.

El método más utilizado para medir el contenido de humedad dentro de un transformador eléctrico de potencia es inyectando aire o nitrógeno extra-seco, una vez cortado el proceso de vacío que debió bajar a niveles de hasta 0.5 mm de Hg de presión. Posterior a ello, se permite que el aire inyectado se mezcle con la humedad remanente en la superficie dentro del tanque por un espacio de entre 12 y 24 horas. Posterior a ello, se mide la temperatura de punto de rocío (la cual se refiere a la temperatura a la que la humedad contenida en un gas se condensa) en una muestra (nitrógeno o aire-extraseco) que esta presurizando al transformador, para así determinar la presión de vapor de dicho gas mediante gráficas ajustadas para esta medición (gráficas de Piper o de Oomen) . Una temperatura de punto de rocío más baja, implica una menor humedad en el gas. Ahora bien, una vez que se obtiene el valor de esta variable (presión de vapor) , con otra tabla y con la temperatura aproximada de los aislamientos y el valor de presión de vapor se determina la humedad residual. Este proceso tiene el inconveniente de requerir de alrededor de 1.5 días para, determinar el contenido de humedad.

El otro proceso para determinar el contenido de humedad en los transformadores de potencia es a través de la medición del flujo de vapor de agua que se extrae del mismo, sin embargo el flujo que nos interesa es al final del proceso de secado. Convencionalmente» se ha establecido un parámetro de flujo 'máximo en función al contenido de aislamientos (kilogramos de madera, cartón y papel) y de esta manera determinar la humedad en el transformador. Para contabilizar dicho flujo de agua, el vapor que fluye durante la extracción se recolecta por medio- de la condensación del vapor mismo y posteriormente el derretimiento del hielo (condensado) para su medición en un recipiente aforado. El mecanismo para captar la humedad se trata de una superficie a temperaturas muy bajas (por debajo de los - 45 ° C) ya que la cantidad de agua en el aire que fluye es sumamente baja lo cual hace necesario que se utilicen temperaturas criogénicas y de esa manera poder condensar el vapor. Este sistema es llamado trampa fría, en algunos casos utiliza bióxido de carbono en forma de hielo seco y acetona para alcanzar a enfriar una superficie de manera homogénea o bien nitrógeno líquido. El procedimiento establecido indica que para que el condensado sea considerado representativo deberá obedecer a una recolección de al menos 4 horas de flujo continuo.

En cualquiera de los dos métodos más comunes existen desventajas que implican tiempos muertos y además una baja repetitividad o reproducibilidad . En el caso de la medición en donde se requiere la inyección de un gas extra-seco, la mayor limitante es el tiempo muerto en que se incurre desde que se inyecta el gas (que puede tomar entre 2 y 4 horas según el tamaño de la unidad) además del tiempo que deberá esperarse para permitir que el aire extra-seco alcance cierto equilibrio con la humedad del interior (lo cual regularmente requiere más de 12 horas) . Finalmente, dentro de estos mismos tiempos muertos y una vez que se comprueba que está dentro de los niveles de humedad permitidos, entonces se inicia otro proceso de vacío para llenar (tomando alrededor de 2 a 4 horas) . Cabe aclarar que los expertos recomiendan realizar esta prueba a temperaturas por arriba de 10° Celsius y esto porque el comportamiento se enrarece a medida que baja la temperatura, (no es extraño que en el campo se llegue a temperaturas menores a 10 Celsius en el transformador durante la noche) , lo que hace que se retrase algunas horas más el resultado. En suma, como no se trata de un instrumento de medición de manera continua, estaríamos hablando de más de 24 horas para conocer las condiciones de humedad dentro del aparato y poder llenar de aceite la unidad.

En el método de medición con recolección del agua a través de una trampa fría, una principal desventaja es el pre-establecimiento requerido, ya que, por tratarse de muy bajas cantidades de agua, es importante que el periodo sea de 4 horas al menos para poder colectar una cantidad suficiente de humedad, y la otra desventaja es que la trampa fría no está regulada, por lo que la variación en diseño (pudiese recolectar una cantidad de agua distinta de la superficie fría donde hacen contacto las partículas de agua) además que el fluido que se obtiene es una mezcla de aceite de transformador y agua (condición lechosa) , que en ocasiones dificulta la medición de humedad.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN El invento consiste en un medidor de flujo de humedad .en el aire a presiones negativas en el secado de transformadores mediante un proceso de vacío para extracción del agua, provocando un diferencial de presión por medio de un dispositivo placa de orificio y la medición de punto de rocío en continuo. El invento consiste en una tubería, un medidor de punto de rocío en continuo capaz de soportar presiones negativas, así como la utilización de una placa de orificio y dos medidores de vacío (vacuómetros) capaces de medir la presión de vapores condensables, así como una placa de orificio que permite una caída de presión. Las señales tanto de presión en ambos lados de la placa de orificio y la de temperatura de punto de rocío son enviadas a una tarjeta de adquisición de datos que con la ayuda de un algoritmo permiten determinar la cantidad de agua en peso que fluye por unidad de tiempo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Objetos y características de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada considerada en conexión con los dibujos adjuntos.- Debe entenderse, sin embargo, que los dibujos están diseñados solamente como una ilustración y no como una definición limitativa de la invención. En los dibujos, los números de referencia denotan elementos similares a lo largo de varias vistas : La Figura 1 muestra una representación esquemática del dispositivo para determinar continuamente la tasa de extracción de vapor de agua de un tanque de transformador, de conformidad con la presente invención.

La Figura 2 es una representación de las líneas de flujo de los fluidos al atravesar una placa de orificio, las cuales cambian de trayectoria y provocan diferencial de presión.

La Figura 3 presenta un diagrama de bloques de las señales utilizadas en el dispositivo, de conformidad con la presente invención.

La Figura 4 es una representación gráfica del sensor de temperatura del dispositivo de conformidad con la presente invención .

La Figura 5 muestra un transmisor de punto de rocío, utilizado en el dispositivo de conformidad con la presente invención.

La Figura 6 muestra un transductor de presión utilizado en el dispositivo de conformidad con la presente invención.

La Figura 7 muestra un bulbo de presión utilizado en el dispositivo de conformidad con la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION El dispositivo para determinar continuamente la tasa de extracción de vapor de agua utilizado en el secado de transformadores, de conformidad con la presente invención, es un instrumento capaz de evaluar el flujo de humedad en un proceso de secado de transformadores de potencia que utiliza bombas de vacío para la extracción de humedad. Adicionalmente se describe un método para determinar la eficacia y el momento de culminación del proceso de secado.

Para tal fin, haciendo referencia a la Figura 1, el dispositivo (10) para determinar continuamente la tasa de extracción de vapor de agua de un tanque de transformador, comprende: una placa de orificio (20) montada entre dos bridas dentro de una tubería (30) ; dos medidores de presión (40) , cada uno de los cuales se encuentra en un lado de la de la placa (20) de orificio, para medir la caída de presión en la placa de orificio; un medidor de punto de rocío (50) dentro de la tubería (30) ; y un medidor de la temperatura (60) dentro de la tubería (30) ; en donde el dispositivo se conecta en serie entre una bomba de vacío (70) y el tanque de transformador (80) .

Se utilizan señales obtenidas por los medidores del dispositivo, presiones, temperatura y punto de rocío para determinar la velocidad de extracción de vapor de -agua del tanque de transformador.

Las magnitudes evaluadas por estos elementos se utilizan para cuantificar la tasa de extracción de agua llevada a cabo por la bomba de vacío.

Haciendo referencia a la Figura 2, el medidor de flujo es fabricado a partir de una sección de tubería metálica (30) con bridas y accesorios para conexiones de instrumentos . Una placa de orificio se instala en medio de dos bridas para que, al ser ' atravesada por el flujo generado por la succión de la bomba de vacío, y debido a que se trata de un área de sección transversal menor, se produce una caída de presión cuya magnitud es determinada mediante el uso de medidores de presión (40) instalados a ambos lados de la placa (20) .

La placa de orificio (20) es una lámina de metal a la cual se le ha perforado un agujero de diámetro conocido. Sobre la misma sección de tubería se instala un medidor de punto de rocío y un sensor de temperatura; los elementos sensores de estos instrumentos estarán en contacto directo con el flujo que atraviesa la tubería durante el proceso de secado. Las señales de presión, temperatura y punto de rocío son transmitidas por medio de una tarjeta de adquisición de datos (90) a un dispositivo computacional (100) (elementos mostrados en la Figura 1) que las usa como parámetros para evaluar la tasa de extracción de agua del proceso, mediante el uso de funciones matemáticas derivadas de principios de la mecánica de fluidos y la termodinámica (ecuaciones' de medición de flujo en condiciones de vacío para los regímenes laminar, crítico y molecular) .

Particularmente, el volumen por segundo es igual al producto de la conductancia por la caida (diferencia) de presión: Flujo : Qmoi = C moi (pi - p2) [Pa m3 / s ] Conductancia : A Para cualquier caso el flujo másico (m, gr/seg): m = Q (pm) / R T (pm) = peso medio del gas (g/mol) R = Constante de los gases Ideales = 0.082 lt atm/ °K mol T = temperatura del sistema (K) Q = Flujo (atm lt / seg) Los cálculos se realizan automáticamente en el dispositivo computacional , el dispositivo computacional incluye una pantalla de despliegue para presentar la información entregada por los sensores y los resultados que se producen al evaluar las funciones matemáticas mencionadas; este el dispositivo computacional también incluye los elementos necesarios para el almacenamiento electrónico de las mediciones realizadas y otros datos de relevancia como la fecha, la hora y el flujo acumulado.

El instrumento debe ser conectado en serie con la tubería o manguera que conecta el tanque del transformador o unidad de potencia que está siendo procesado y la bomba de vacío, utilizando los accesorios apropiados para tal fin y asegurando que no- se presenten fugas, pues estas distorsionarían los resultados de la medición.

A continuación se expone el procedimiento para calcular la velocidad de remoción de agua de un tanque de transformador. El procedimiento para calcular la velocidad de remoción de agua comprende las siguientes etapas: 1) registrar el cambio en la presión de vacío en un lapso de tiempo determinado (por ejemplo, 1 hr) ; 2) determinar el flujo másico (lb/hr) con base en la curva obtenida con los datos del Piccolo para la bomba utilizada ; 3) multiplicar el flujo másico obtenido por el tiempo determinado en el paso (1) para obtener la masa de aire húmedo (libras o gramos) que fluyó en ese período; 4) calcular la presión parcial del vapor de agua, considerando que la presión parcial del agua es igual a la presión vapor a la temperatura de punto de rocío, PH2O= poH2o @ Tdew, y utilizando la siguiente ecuación (obtenida mediante una regresión lineal a partir de los datos reportados en "Handbook of Chemistry and Physics", 1994; CRC, R2=0.9925) : PH2O= 6005.7 exp ( 0.1065 Tde„) en donde : PH2O= Presión parcial de agua (micrones de Hg) Tdew= Temperatura de punto de rocío (°C); 5) calcular la fracción mol de agua en la fase gas (yH2o) como YH20= PH2O/P en donde : yH2o= Fracción mol de agua (adimensional) PH2O= Presión parcial de agua (micrones de Hg) PT= Presión total del sistema (micrones de Hg) ; 6) con la fracción mol de agua en la fase gas (yH2o) obtenida en el paso (4), obtener la fracción masa multiplicando por las masas moleculares respectivas; 7) multiplicar la fracción masa de agua por la masa de aire húmedo, para obtener la masa de agua extraída; 8) dividir la masa de agua entre el tiempo para obtener la velocidad de remoción; 9) graficar velocidad de remoción de agua vs . tiempo para la operación de secado; 10) el procedimiento de secado se puede dar ' por terminado cuando la velocidad de remoción de agua es menor a 3g/h por megagramo de peso de aislamiento [Estándar ANSI/IEEE C57.12.12-1980] .

EJEMPLO DEL PROCEDIMIENTO ANTERIOR 1) At= lh; P= 54 micrones Hg; Tdew= -61.0°C; T= 25.8°C 2) usando la ecuación de una bomba 3726: P=33.673 m + 8.7314 m= (P-8.7314) /33.673 en donde: P= presión en micrones m= flujo másico en lb/hr m= (54-8.7314) /33.673 m= 1.3443 Ib de aire húmedo/hr 3) 1.3443 lb/hr=610.34 g de aire húmedo/hr 4) PH2o= 6005.7 exp (0.1065 Tdew) = PH20= 6005.7 exp(0.1065* (-61.0) ) PH2O= 9.061 micrones 5) yH2o= PH2O/PT = 9.061/54 = 0.1678 moles de agua/mol de aire húmedo 6) 0.1678 moles de agua (18g/mol)= 3.0203 g de agua si en un mol de mezcla hay 0.1678 moles de agua, entonces en un mol de mezcla habrá: ( 1- 0.1678 ) moles de aire= moles de aire* [ (0.8) (28) + (0.2) (32) ] g/mol= 23.9673 g de aire 3.0203 g de agua / (3.0203 g agua + 23.9673 g aire)= 0.1119 g agua/g aire húmedo 7) 610.339 g de aire húmedo/hr* 0.1119 g de agua/g de aire húmedo= 68.2969 g de agua/hr.

El flujo de aire húmedo se determina mediante una diferencia de presión provocada por una placa de orificio.

El sistema de medición de flujo másico integra 3 tipos distintos de sensores (Punto de rocío, presión y temperatura) . En la Figura 3 se presenta un diagrama de bloques de las señales utilizadas en el equipo.

Sensor de temperatura: el sensor de temperatura seleccionado es del tipo RTD. En particular se eligió un sensor tipo PT1000 para despreciar los efectos de las resistencias de contacto que puedan aparecer en las conexiones. El sensor estará protegido con un encerramiento Nema 4x de acero inoxidable, no presentará polaridad y su montaje mecánico será del tipo NPT ¾. Los contactos estarán protegidos por una caja de instrumentación Nema 4. El sensor de temperatura se muestra en la Figura 4.

Haciendo referencia a la Figura 5, se muestra el transmisor de punto de rocío, que deberá funcionar en el rango de +20 a -80 °C con un una exactitud de +/- 2°C. Deberá estar protegido en un encerramiento Nema 4x de acero inoxidable, con montaje mecánico tipo NPT 1/2" y su salida deberá ser lineal en el rango de 0-10 VDC. La alimentación será de 24 VDC. El transmisor seleccionado es el modelo DMT-152 de Vaisala. con número de parte DMT152 -B1CB210A330A1X . ,?? transductor de presión deberá operar en el rango de 0.001 a 1 Torr. Su función será traducir las variaciones producidas en un bulbo (elemento sensor) del tipo Termocupla apropiado para el rango de mediciones requerido. La alimentación será de 24 VDC y su encerramiento estará fabricado en aluminio. Deberá proporcionar una salida analógica en el rango de 0-1 VDC proporcional a la lectura de presión y una exactitud de al menos 10%. El transductor escogido es el modelo DAVC de Hastings. El tránsductor de presión se muestra en la Figura 6.

El bulbo de presión deberá ser del tipo Termocupla, y estará protegido en un encerramiento de uso rudo de acero inoxidable con conexión mecánica tipo 1/8" NPT. Este sensor deberá ser compatible con el transductor de presión elegido y ser apropiado para el rango de 0.001 a 1 Torr. El bulbo de presión usado será el modelo DV6 de Hastings. El bulbo de presión se muestra en la Figura 7.

Esta fuera del alcance de la presente invención describir la placa de adquisición de datos y la computadora, será evidente para personas expertas en la técnica que un número de variaciones y modificaciones se puede hacer sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones .

A continuación, se presenta un ejemplo del cálculo de flujo de humedad, expresado en gramos de H20 por hora, para el dispositivo para determinar continuamente la tasa de extracción de vapor de agua utilizado en el secado de transformadores de conformidad con la presente invención.

EJEMPLO Para no depender de la sensibilidad del instrumento (en este caso, una tarjeta de adquisición de datos) y obtener una medida comparable usando una placa de orificio y una tubería en régimen molecular, se calculó una placa con la misma conductancia en ese régimen, a saber: La conductancia molecular por la tubería de 4" de diámetro y 5 metros de longitud: Molecular tubería= 12.1 (d3/L) =12.1 ( ( 1.16) 3/500) =25.38 [1/s] ...(1) Para la placa de orificio, se tiene: 'Cmolecular ori£icio= 2.68 d2 V(T/pm)= '9.25 d2 [1/s]; en donde pm= 0.028kg/mol T=293°K d=10.16 cm ara Craoiecuiar tubería= nolecular orificio d=(25.38/9.25) 1 2=1.66 cm ...(2) Para un orificio de diámetro d=1.66 cm se obtiene la misma 2 O conductancia molecular que un tubó de 4" de diámetro y 5m de longitud .

Es sabido que : Si Pd> 0.8 Pam => flujo laminar; si Pd< 0.01 Pam => flujo molecular; 0.01< Pd < 0.8 Pam => flujo deslizante.

Para un tubo de 4" de diámetro y operando a presiones * 80 N Pd= (80/7.5) *0.1016= 1.087 => entonces flujo molecular es despreciable .

El orificio de placa utilizado es de 1.67 cm de diámetro. Para determinar el flujo se debe tener en cuenta que durante el proceso paguas arriba = 2 (presiónaguas abajo) · Esta condición 2p2 determina un orificio de flujo crítico.

En la condición de flujo crítico, el caudal másico está dado por (Levenspiel) ...(3) en dónele Pm= 28.99 mol"1 R=8.31 Pa mol"1 K"1 T0= 298 °K K=1.4 (gases diatómicos) El caudal a través del orificio será Q= Gnz*A= ^ 2(G'nz ) [Kg/s] !4) en donde d=diámetro de orificio, en metros.

En una tubería de 4" de diámetro, con una placa con orifico de 1.67 cm de diámetro, una presión P2=36 micrones Hg=4.8 Pa, una presión Pi=114 micrones Hg=15.2 Pa, un punto de rocío de -52.71°C=304.59°K, D=10.16 cm, d=1.67 cm .

Como Pi->2P2 se considera como flujo crítico (Levenspiel) .

Presión vapor: 6005 .669e(0 ,065(-52 7,)) Pv = = 2.92 Pa 7.5 r=razon agua ivoxumen)= 2.92/15.2=0.19; PmH20= 18 g/mol Flujo másico Usando (3) : Gnz = 15.2 =0.033 kg/m2s Q=26.4[g/h] ; este es el flujo de aire húmedo.

QH 20= =3.37 [gH2o/h] La placa de orificio en el medidor de flujo de vapor, durante el secado bajo vacio de transformador es lo novedoso. Para determinar el flujo en cualquiera de los regímenes (laminar, intermedio, molecular) se requiere medir un diferencial de presión y no solamente una de las presiones.

Ahora bien, sino se cuenta con una placa de orificio entonces puede utilizarse un tubo de acero rígido, colocar medidores de presión a una distancia de 5 m de separación al menos, ya que esta distancia permite una caída de presión lo suficientemente grande que permita establecer un cálculo correcto incluyendo la exactitud de los equipos utilizados.

Otro de los elementos novedosos del dispositivo de conformidad con la presente invención, es que debido a que el contenido de humedad máximo está en función a las toneladas de aislamiento que un transformador de Potencia pudiese contener, el sistema computacional tiene la capacidad de poder determinar de manera automática la cantidad de aislamiento a partir de dos variables, voltaje y capacidad a través de un algoritmo de regresión que arroja un resultado certero de la cantidad de aislamiento y el cual se validó estadísticamente. La cantidad del aislamiento es función entre otros aspectos del voltaje ya que a medida que aumenta éste, se requiere un diseño con mayor espesor de aislamiento para los conductores y así cumplir con una condición segura de operación. En el caso de la capacidad, que también es un dato de placa que todos los transformadores deberán reportar, es una variable crítica debido a que a mayor capacidad, el conductor del transformador es mayor y el diámetro del mismo aumenta, lo que resulta también en un aumento del contenido de aislamiento al aumentar el perímetro. Lo anterior permite al instalador y responsable del aseguramiento de la calidad en el proceso de secado, determinar de manera certera y sencilla con datos de placa, la cantidad de aislamiento., además que la estimación es precisa .

Debido a que un elemento crítico para este proceso es el aseguramiento de una hermeticidad correcta, una medición precisa del medidor de punto de rocío, así como una capacidad de succión de la bomba, otro elemento novedoso adicional de los ya nombrados es un diagnóstico inicial que efectúa el sistema para poder identificar ciertas desviacipnes en los parámetros en la configuración del equipo antes de efectuar el proceso de secado. El equipo es capaz de identificar falla en · la hermeticidad del dispositivo, mangueras (tubería) , bridas y toda aquella conexión que se encuentre justo antes de la válvula que aisla al tanque o transformador, se logra a través de la detección de un valor alto en el flujo una vez cerrada la válvula mencionada. Es decir, en un volumen tan bajo comparado con todo el tanque no deberá existir un flujo continuo porque esto es indicio de una deficiente hermeticidad. Dentro del auto-diagnóstico del dispositivo se cuenta también con la función de poder identificar deficiencias en la bomba (defecto en succión) , ya que el equipo reportará una presión alta después de cerrar la válvula que aisla tanque y sistema. Finalmente si existe una desviación en la medición del punto de rocío el sistema desplegará una leyenda que se requiere revisar el bulbo y conexiones de este medidor. De nueva cuenta, la manera en que se determina esta desviación (temperatura alta de punto de rocío) es que se · considera que deberá existir muy bajo contenido de vapor un tiempo después de haber cerrado la válvula aislante, pero teniendo correcta hermeticidad y succión, dicho de otra manera, una vez arrancada la bomba las moléculas de vapor y aire tenderán a viajar hacia la bomba en cuestión de poco tiempo y el valor que marque el medidor de punto de rocío deberá ir bajando en forma continua a valores cercanos a los finales, por lo que si esto no ocurre de manera temprana, es indicio de una falla en el sensor. La ventaja de este autodiagnóstico es que se puede evitar grandes reprocesos por no identificar de manera temprana alguna desviación existente en la succión y/o en la hermeticidad de mangueras y conexiones.

El instrumento indicará al usuario en todo momento la tasa de flujo de agua y mediante un mensaje informará que el proceso ha sido completado satisfactoriamente.

El operador del sistema deberá configurarlo antes de su uso con información concerniente al aparato 'objeto del secado como puede ser: -Tensiones de Operación 1 -Potencias de Operación El alcance de la medición es para temperaturas del gas mayores a 10 °C, lo anterior debido a que para temperaturas por debajo de la mencionada la extracción es muy pobre, ya que depende de la difusión de la humedad que a su vez depende más de la temperatura que de la presión baja. Dicho de otra manera a medida que la temperatura del gas desciende por debajo de los 10°C, la cantidad de agua extraída va descendiendo críticamente, pero no será un correcto modo de determinar condición de humedad aceptable en el transformador, sino que el agua que se encuentra en la superficie de los aislamientos no será extraída al flujo requerido, por lo que se percibirá una sensación de condición seca de los aparatos .

Una de las formas de evaluar el desempeño de ; este equipo fue a través de la comparación de este sistema con procesos de secado para unidades de potencia con ambos sistemas, el mencionado en continuo y una trampa fría cuya superficie y geometría permiten reducir cualquier error si las moléculas no chocaran con la superficie como pudiera ser un serpentín. El contenido de agua recolectado mediante la trampa fría contra la medición en línea tuvo un error de aproximadamente 5%. Lo anterior con una muestra de 5 unidades y a diferentes temperaturas de operación.

Las ventajas del sistema se pueden expresar en función de la eliminación de actividades que no agregan valor y a la conflabilidad de la medición. A continuación se detallan: a) Directo, es decir el medidor de flujo másico para transformadores, permite una medición en continuo de la cantidad de humedad en función a la cantidad de aislamiento por el algoritmo que maneja, por lo que no requiere saber el contenido como dato necesario. b) Medición en tiempo real, el sistema no requiere de tiempos adicionales para conocer la humedad en el interior, lo cual ahorra al menos 24 horas de set up comparándola con el método de presión de vapor / punto de rocío c) Exactitud, el algoritmo utiliza dos regímenes de flujo, calculando según los niveles de presión lo que permite d) Alta repetitividad y reproducibilidad, los sistemas de trampa fría no se encuentran normados por lo que pudiesen arrojar diferentes cantidades de agua y en el caso del medidor de flujo másico considera un solo diámetro y a partir de éste efectúa el cálculo. El autodiagnóstico permite aumentar la conflabilidad en el sistema, mitigando los riesgos por falla en hermeticidad (falla en el sello de tuberías) y/o contaminación en el sistema de medición de punto de rocío en línea ya que identifica con oportunidad las desviaciones de este tipo. e) Precisión, el método de inyección de aire o método de presión de vapor / punto de rocío, arroja variación a medida que empieza a descender la temperatura. f) Reducción de costos, no se requiere ni de hielo seco, sistema de calentamiento, recipiente aforado para el caso de la trampa fría, o bien de botellas o cilindros de aire extra-seco. También el autodiagnóstico reconoce fallas en la extracción de aire por un pobre vacío en las bombas lo que reduce costos de reprocesos.

Claims (6)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. - Un dispositivo para determinar continuamente la tasa de extracción de vapor de agua de un tanque de transformador que opera a presiones muy por debajo de la presión atmosférica, en donde el dispositivo se conecta en serie entre una bomba de vacío y el tanque de transformador, caracterizado porque comprende: una placa de orificio montada entre dos bridas dentro de una tubería; dos medidores de presión, cada uno de los cuales se encuentra en un lado de la de la placa de orificio, para medir la caída de presión en la placa de orificio; un medidor de punto de rocío dentro de la tubería; y un medidor dé la temperatura dentro de la tubería.

2. - Un dispositivo para determinar continuamente la tasa de extracción de vapor de agua de un tanque de transformador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos sensores del dispositivo estarán en contacto directo con el flujo que atraviesa la tubería durante el proceso de secado de un transformador.

3. - Un dispositivo para determinar continuamente la tasa de extracción de vapor de agua de un tanque de transformador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el medidor de temperatura es un. sensor de temperatura del tipo RTD.

4. - Un dispositivo para determinar continuamente la tasa de extracción de vapor de agua de un tanque de transformador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los medidores de presión son un bulbo de presión del tipo Termocupla, y están protegidos en un encerramiento de uso rudo de acero inoxidable con conexión mecánica tipo 1/8" NPT .

5. - Un procedimiento para determinar en forma continua flujo de humedad que fluye en las tuberías durante el proceso de vacío para secado de transformadores de potencia, utilizando un dispositivo que se conecta en serie entre una bomba de vacío y un tanque de transformador, dicho dispositivo comprende: una placa de orificio montada entre dos bridas dentro de una tubería; dos medidores de presión, cada uno de los cuales se encuentra en un lado de la de la placa de orificio, para medir la caída de presión en la placa de orificio; un medidor' de punto de rocío dentro de la tubería; y un medidor de la temperatura dentro de la tubería, el procedimiento para determinar el flujo de humedad caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a) obtener un flujo de aire húmedo expresado 3 O en unidades de masa por unidad de tiempo mediante la potencia de la bomba de vacio y una diferencial de presión provocada por una placa de orificio; b) obtener la presión parcial del vapor de agua, con base en el punto de roció del aire húmedo, considerando que la presión parcial del agua es igual a la presión vapor a la temperatura de punto de rocío; c) obtener la fracción mol de agua en la fase gas (yH20) dividiendo la presión parcial del vapor de agua entre la presión total dentro de las tuberías; d) obtener la fracción masa multiplicando por las masas moleculares respectivas; y e) multiplicar la fracción masa de agua por el flujo de aire húmedo, para obtener el flujo de agua.

6. - El procedimiento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el proceso de vació para secado se puede dar por terminado cuando la velocidad de remoción de agua es menor a 3g/h por megagramo de peso de aislamiento .