En un mundo cada vez más enfocado en la sostenibilidad y la protección del medio ambiente, la industria eléctrica no se queda atrás en su búsqueda de alternativas más amigables con la naturaleza. Uno de los desarrollos más emocionantes en este ámbito es la adopción de aceites dieléctricos de origen vegetal, una innovadora y ecoamigable alternativa a los aceites dieléctricos minerales tradicionales.
¿Qué son los esteres?
Los ésteres son una clase de compuestos químicos que se derivan de los ácidos y alcoholes. Tienen una estructura química característica y se forman mediante una reacción química conocida como esterificación, en la cual un ácido (ácido carboxílico) reacciona con un alcohol para producir un éster y agua.
Los ésteres son conocidos por sus aromas y sabores agradables y a menudo se encuentran en aceites esenciales, frutas y flores, lo que les da sus aromas característicos. También se utilizan en la industria de las fragancias y en la fabricación de alimentos y bebidas para proporcionar sabores y olores específicos.
Algunos ejemplos de ésteres incluyen el acetato de etilo (que tiene un aroma a frutas), el acetato de metilo (que tiene un aroma afrutado). Los ésteres son parte de una amplia gama de compuestos químicos naturales y sintéticos y desempeñan un papel importante en la química orgánica y en diversas aplicaciones industriales y biológicas.
Líquidos dieléctricos a base de esteres naturales
Los líquidos dieléctricos a base de ésteres naturales son fluidos aislantes utilizados en aplicaciones eléctricas, como transformadores y equipos de alta tensión, que están compuestos principalmente de ésteres naturales y sus derivados. Estos ésteres naturales se obtienen a menudo de fuentes vegetales y se utilizan como alternativa a los aceites dieléctricos minerales convencionales, que están basados en derivados del petróleo.
Algunas características y propiedades de los líquidos dieléctricos a base de ésteres naturales incluyen:
1. Biodegradabilidad: Son biodegradables y menos dañinos para el medio ambiente en comparación con los aceites dieléctricos minerales. Esto los hace más amigables con el entorno y reduce el impacto ambiental en caso de fugas o derrames.
2. Buenas Propiedades Dieléctricas: Tienen propiedades dieléctricas adecuadas para su uso en aplicaciones eléctricas, lo que significa que son efectivos como aislantes eléctricos.
3. Resistencia al Fuego: Muchos líquidos dieléctricos a base de ésteres naturales tienen una mayor resistencia al fuego en comparación con los aceites minerales, lo que los hace más seguros en situaciones de riesgo de incendio. El aceite dieléctrico vegetal presenta un punto de combustión superior a 300ºC y está clasificado como fluido tipo K según la norma IEC 61100.
Los productos de la combustión son agua, dióxido de carbono y monóxido de carbono los cuales son menos tóxicos que el carbón, nitrógeno y óxidos sulfúricos producidos por el fuego de aceite mineral.
4. Menos Propensos a la Formación de Gases: Son menos propensos a la formación de gases y burbujas dentro del equipo eléctrico en comparación con algunos aceites minerales, lo que mejora la eficiencia y la seguridad de los equipos.
5. Amplia Gama de Temperaturas de Funcionamiento: Pueden funcionar eficazmente en un rango de temperaturas amplio, lo que los hace adecuados para aplicaciones en climas diversos.
6. Estabilidad Térmica: Tienen una buena estabilidad térmica, lo que significa que pueden resistir altas temperaturas sin degradarse significativamente.
Algunos ésteres naturales comunes utilizados en estos líquidos dieléctricos incluyen ésteres de ácidos grasos, como ésteres metílicos de ácidos grasos, que se obtienen de aceites vegetales, como el aceite de soja o el aceite de colza. Estos líquidos dieléctricos a base de ésteres naturales son una alternativa cada vez más popular en aplicaciones eléctricas donde se busca una opción más sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
Saturación del agua en el aceite dieléctrico vegetal
La saturación del agua en el aceite dieléctrico se refiere al punto en el cual el aceite ha absorbido la máxima cantidad posible de agua y no puede disolver más. En este punto, cualquier agua adicional que entre en contacto con el aceite no se disolverá y formará una fase acuosa separada en el aceite. La saturación del agua en el aceite dieléctrico es importante en aplicaciones eléctricas y de transformadores, ya que el exceso de agua en el aceite puede tener efectos adversos en el rendimiento eléctrico y en la vida útil del equipo.
La capacidad de un aceite dieléctrico para disolver agua depende de varios factores, incluyendo el tipo de aceite, la temperatura y la presión. Los aceites dieléctricos tienen límites específicos de saturación de agua que deben mantenerse dentro de ciertos rangos para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente de los equipos eléctricos.
Cuando la cantidad de agua en el aceite dieléctrico excede su capacidad de saturación, pueden ocurrir problemas como la formación de burbujas de gas y la degradación del aceite, lo que puede reducir la capacidad del aceite para actuar como aislante eléctrico. Además, la presencia de agua puede contribuir a la formación de ácidos y otros subproductos que pueden corroer los componentes del equipo.
Los esteres tienen límites mucho más altos de saturación en todas las temperaturas que el aceite mineral.
En la imagen superior se observa los límites de saturación de agua para aceites vegetales y minerales, observándose una diferencia considerable entre los dos (Fuente: IEEE C57.147-2018)
En condiciones normales, la saturación de agua de los aceites éster natural es de 5 a 8 veces la del aceite mineral. Los esteres tienen una mayor afinidad por el agua que el aceite mineral.
Desventajas de los aceites dieléctricos vegetales
Aunque los aceites dieléctricos vegetales, como los obtenidos a partir de aceites de plantas como la soja, colza o el girasol, tienen varias ventajas desde el punto de vista de la sostenibilidad y la biodegradabilidad, también presentan algunas desventajas en comparación con los aceites dieléctricos minerales tradicionales en ciertos contextos y aplicaciones. Aquí hay algunas desventajas potenciales de los aceites dieléctricos vegetales:
1. Sensibilidad a la Temperatura: Algunos aceites vegetales pueden ser más sensibles a las variaciones de temperatura en comparación con los aceites minerales. Esto puede afectar su rendimiento en condiciones extremas de calor o frío.
2. Mayor Viscosidad a Bajas Temperaturas: Los aceites dieléctricos vegetales a menudo tienen una mayor viscosidad a bajas temperaturas en comparación con los aceites minerales, lo que puede afectar la capacidad de flujo del aceite en aplicaciones donde se requiere un rendimiento en condiciones frías.
3. Compatibilidad con Materiales: Algunos materiales de sellado, pintura y juntas utilizados en equipos eléctricos pueden no ser compatibles con aceites vegetales, lo que puede requerir modificaciones en el equipo.
4. Costo Inicial: Los aceites dieléctricos vegetales suelen tener un costo inicial más alto en comparación con los aceites minerales.
5. Menos Historial de Uso: Los aceites vegetales tienen un historial de uso menos extenso en comparación con los aceites minerales en aplicaciones eléctricas críticas, lo que puede generar incertidumbre en cuanto a su desempeño a largo plazo.
Es importante destacar que las desventajas pueden variar según el tipo de aceite vegetal, la formulación específica y las condiciones de uso. La elección entre aceites dieléctricos vegetales y minerales debe basarse en las necesidades específicas de la aplicación y las consideraciones ambientales, de seguridad y de rendimiento. Además, la investigación y el desarrollo continúan en busca de mejorar las características de los aceites dieléctricos vegetales para superar algunas de estas desventajas.
Límites permitidos en esteres vegetales
Los valores sugeridos de las propiedades de rigidez dieléctrica, contenido de agua y factor de potencia para esteres naturales en servicio se presentan en la tabla 1 y son recogidos de la norma IEEE C57.147-2018 Guía para la aceptación y mantenimiento de esteres naturales.
(*) Estos límites son referenciales extraídos de la norma IEEE C57.147-2008 los cuales aún faltan ser corroborados con mayores datos de campo.
