Calculadora de humedad en aceite: ppm, saturación relativa y clasificación IEC 60422
Convierta el agua de un aceite entre mg/kg y saturación relativa a cualquier temperatura, calcule cuándo aparecería agua libre y clasifique el aceite según IEC 60422.
Agua en aceite mineral: ppm, saturación relativa y temperatura de saturación
Convierta el contenido de agua entre mg/kg (ppm) y saturación relativa a la temperatura del aceite, compruebe a qué temperatura esa misma agua llegaría a saturarlo y clasifique el aceite según la tabla de condición de IEC 60422.
Resultado
Clasificación IEC 60422
| Ensayo | Valor | Bueno | Aceptable | Deficiente | Estado |
|---|
Límites de la tabla de condición de IEC 60422:2013 (4.ª edición), tal como la recoge CIGRE (Wang et al., 2015): el agua, a la temperatura de servicio; la tensión interfacial, en aceite no inhibido; el factor de disipación y la resistividad solo distinguen por encima y por debajo de 170 kV. Los extremos de cada intervalo cuentan como aceptable. La edición 5.0 (2024) revisó los límites de acción y fundió la categoría O en la A: para un criterio contractual, compruebe la edición vigente.
Solubilidad del agua en aceite mineral nuevo (curva de Oommen): log₁₀(Ws) = 7,0895 − 1567/T, con T en kelvin y Ws en mg/kg. Es la que usa CIGRE para pasar el agua medida a saturación relativa. Un aceite envejecido u oxidado disuelve más agua, así que la saturación que sale aquí es conservadora: la real sería algo menor.
Los umbrales de saturación relativa (5, 20 y 30 %) son los de uso corriente en mantenimiento, no una cifra normativa. El criterio normativo, en mg/kg y por clase de tensión, es la clasificación IEC 60422 de arriba.
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Qué hace esta calculadora
Convierte el contenido de agua de un aceite mineral entre miligramos por kilo (que es lo que da un Karl Fischer) y saturación relativa en tanto por ciento (que es lo que da una sonda capacitiva en línea), a la temperatura que se le indique. Calcula dos cosas que casi nunca vienen en el informe: la solubilidad del aceite a esa temperatura y la temperatura de saturación, por debajo de la cual esa misma agua empieza a aparecer como agua libre. Y clasifica el aceite como bueno, aceptable o deficiente con la tabla de condición de IEC 60422, para el agua y para los otros cinco ensayos de rutina que se le den.
Por qué los ppm engañan
El agua disuelta en el aceite no importa por su cantidad absoluta, sino por lo cerca que está de saturarlo. Y la solubilidad depende fortísimamente de la temperatura. Para aceite mineral nuevo:
log₁₀(Ws) = 7,0895 − 1567 / T
con T en kelvin y Ws en mg/kg. Es la curva de Oommen, la que usa CIGRE para pasar el agua medida a saturación relativa. Da unos 55 mg/kg a 20 °C, 243 a 60 °C y 449 a 80 °C.
La consecuencia práctica: un análisis de 25 mg/kg tomado con el transformador caliente parece tranquilizador —un 10 % de saturación a 60 °C—, pero esa misma agua, cuando la máquina se enfría a 20 °C, está al 45 % de saturación. Por eso una muestra sin la temperatura del aceite anotada no sirve de mucho, y por eso las sondas en línea dan saturación relativa y no ppm.
La fórmula es para aceite mineral nuevo. Un aceite envejecido u oxidado disuelve más agua, así que la saturación real sería algo menor que la que sale aquí: el resultado queda del lado conservador.
La temperatura de saturación
Es el número más útil de esta calculadora y el que rara vez se calcula. Dado el contenido de agua medido, indica a qué temperatura ese aceite alcanzaría el 100 % de saturación. Por debajo de ella puede aparecer agua libre, que es lo que de verdad hunde la rigidez dieléctrica y lo que provoca fallos en arranques en frío o después de una parada prolongada en invierno.
Un transformador con 40 mg/kg satura alrededor de los 12 °C. Si está en un local que baja de esa temperatura, el riesgo no es teórico.
Clasificación según IEC 60422
IEC 60422 es la guía de supervisión y mantenimiento de aceites minerales en equipos eléctricos. Su tabla de condición, en la edición de 2013, reparte seis ensayos de rutina en tres estados y tres clases de tensión:
| Ensayo | Tensión | Bueno | Aceptable | Deficiente |
|---|---|---|---|---|
| Agua (mg/kg a temperatura de servicio) | > 170 kV | < 15 | 15 – 20 | > 20 |
| 72,5 – 170 kV | < 20 | 20 – 30 | > 30 | |
| ≤ 72,5 kV | < 30 | 30 – 40 | > 40 | |
| Tensión de ruptura (kV, 2,5 mm) | > 170 kV | > 60 | 50 – 60 | < 50 |
| 72,5 – 170 kV | > 50 | 40 – 50 | < 40 | |
| ≤ 72,5 kV | > 40 | 30 – 40 | < 30 | |
| Acidez (mg KOH/g) | > 170 kV | < 0,1 | 0,1 – 0,15 | > 0,15 |
| 72,5 – 170 kV | < 0,1 | 0,1 – 0,2 | > 0,2 | |
| ≤ 72,5 kV | < 0,15 | 0,15 – 0,3 | > 0,3 | |
| Factor de disipación (90 °C, 40–60 Hz) | > 170 kV | < 0,1 | 0,1 – 0,2 | > 0,2 |
| ≤ 170 kV | < 0,1 | 0,1 – 0,5 | > 0,5 | |
| Resistividad (GΩ·m, 90 °C) | > 170 kV | > 10 | 3 – 10 | < 3 |
| ≤ 170 kV | > 3 | 0,2 – 3 | < 0,2 | |
| Tensión interfacial (mN/m, no inhibido) | todas | > 25 | 20 – 25 | < 20 |
Fuente: IEC 60422:2013, recogida por Wang et al., «Ageing Assessment of Transformers through Oil Test Database Analyses and Alternative Diagnostic Techniques», CIGRE SC A2 Colloquium 2015, tabla 1. Las clases de tensión corresponden a las categorías de equipo de la norma: O, A y D por encima de 170 kV; B y E entre 72,5 y 170 kV; C hasta 72,5 kV.
Qué significa cada estado: bueno, basta con el muestreo y los ensayos con la frecuencia normal; aceptable, el deterioro ya es detectable y conviene ensayar más a menudo; deficiente, hay un deterioro anormal y hay que valorar una acción correctora, como el secado, el reacondicionamiento o la regeneración del aceite. La calculadora clasifica solo los ensayos que se rellenan y resume con el peor de ellos. Un valor justo en el extremo de un intervalo cuenta como aceptable.
Dos cautelas. El límite de agua está dado a la temperatura de servicio: una muestra tomada en frío o en caliente no se compara directamente con él, y ahí es donde la saturación relativa ayuda. Y la norma tiene una edición 5.0 de 2024 que revisó los límites de acción de todos los ensayos y fundió la categoría O en la A; para un criterio contractual hay que comprobar los valores en la edición vigente.
Ejemplo resuelto
Es el caso en servicio que publica CIGRE (tabla 3 del mismo artículo): transformador de 15 años, muestra de 21,5 mg/kg tomada con el aceite a 57 °C y 57 kV de tensión de ruptura. Son los valores que trae la calculadora al abrirla.
- Solubilidad a 57 °C: 220 mg/kg → saturación 9,8 %: humedad moderada.
- Solubilidad a 20 °C: 55,5 mg/kg → saturación 38,8 %: si la unidad se enfría, aceite muy húmedo.
- Temperatura de saturación: −1,0 °C.
CIGRE da 38,7 % y 9,7 %; la diferencia es solo de redondeo. Su conclusión es la que enseña la herramienta: medido en laboratorio a 20 °C el aceite parece mucho más húmedo de lo que está en la máquina.
Con la clasificación IEC 60422: en un transformador de más de 170 kV, los 21,5 mg/kg son deficiente (el corte está en 20) y los 57 kV, aceptable; entre 72,5 y 170 kV, el agua pasa a aceptable y la ruptura a buena; hasta 72,5 kV, las dos son buenas. El mismo aceite cambia de estado según la máquina en la que esté.
Lo que esta calculadora no hace
No dice cuánta agua hay en el papel, que es donde está la mayor parte y lo que hay que secar. El equilibrio entre papel y aceite tarda días o semanas en establecerse y depende de la temperatura y del historial de carga, así que estimar la humedad del papel a partir de una sola muestra de aceite es poco fiable. Tampoco corrige la tensión de ruptura por temperatura: el artículo de CIGRE la revisa de 57 a 78 kV a 57 °C a partir de la saturación, pero con una relación entre saturación y ruptura que el artículo no detalla. No cubre ésteres ni aceites de silicona, cuya solubilidad y cuyos límites son distintos, ni las categorías de cambiadores de tomas e interruptores de IEC 60422, ni sustituye al informe del laboratorio.
Con qué se mide
El contenido de agua se determina por valoración Karl Fischer en laboratorio, y la saturación relativa con sondas capacitivas instaladas en el circuito de aceite, que es lo que permite ver la evolución en vez de una foto fija. El analizador de aceite dieléctrico y el resto de equipos de medida sobre aceite cubren la parte de ensayo; el secado y la desgasificación, la parte de tratamiento. Si el aceite está húmedo, conviene mirar también el análisis de gases disueltos: la degradación del papel deja rastro en el CO y el CO2.
Preguntas frecuentes
- ¿Por qué dos aceites con los mismos ppm de agua no están igual de húmedos?
- Porque lo que degrada el aislamiento no es el agua en términos absolutos, sino lo cerca que está el aceite de su saturación, y la solubilidad depende muchísimo de la temperatura: unos 55 mg/kg a 20 °C frente a unos 243 a 60 °C. Veinte mg/kg son un 36 % de saturación en un aceite frío y poco más del 8 % en uno a temperatura de servicio.
- ¿Qué saturación relativa es aceptable?
- La práctica de mantenimiento más extendida considera seco un aceite por debajo del 5 %, moderadamente húmedo entre el 5 % y el 20 %, húmedo entre el 20 % y el 30 %, y muy húmedo por encima del 30 %. El criterio normativo es otro: IEC 60422 fija límites en mg/kg a la temperatura de servicio según la clase de tensión, y la calculadora los aplica en su bloque de clasificación.
- ¿Qué límites de agua da IEC 60422?
- En la tabla de condición de la edición de 2013, por encima de 170 kV el aceite es bueno con menos de 15 mg/kg, aceptable entre 15 y 20 y deficiente por encima de 20; entre 72,5 y 170 kV los cortes son 20 y 30 mg/kg, y hasta 72,5 kV, 30 y 40 mg/kg. Son valores a la temperatura de servicio del equipo. La edición 5.0 de 2024 revisó los límites de acción, así que para un criterio contractual hay que consultar la vigente.
- ¿De dónde sale el agua de un transformador?
- De tres sitios: la que entra del ambiente por juntas, respiraderos o durante una intervención; la que libera el papel aislante al envejecer, porque la degradación de la celulosa produce agua; y la que quedó dentro desde la fabricación o el último tratamiento. La mayor parte del agua de un transformador está en el papel, no en el aceite: el aceite solo enseña la parte que está en equilibrio con él.