Transformadores secos Vs. En aceite. Evaluación del impacto ambiental


El incremento de la energía y las materias primas, la preocupación por el calentamiento global y el llamado a la producción de equipos con sostenibilidad y ambientalmente amigables está requiriendo de análisis más detallados en la producción de nuevos equipos eléctricos. La electricidad es una forma de transporte de energía la cual permite una aplicación versátil y tiene una demanda global continuamente en incremento. En la cadena desde la generación eléctrica al consumo eléctrico, la potencia pasa a través de diferentes componentes en una red eléctrica: Interruptores, Capacitores, Medidores y Transformadores. Desafortunadamente, a través de su paso por todos los componentes se producen pérdidas de energía de un total de 9%, durante su trayecto por la Transmisión y Distribución.

Sin embargo, muchos de los equipos utilizados tienen una alta eficiencia individual. Las mejoras en los equipos desde el punto de vista de la eficiencia y también de su impacto ecológico son posibles. En general hay tres puntos de vista en la mejora de los equipos:

1) Manejo de energía o la capacidad de manejo de la potencia de un equipo puede ser incrementada, resultando en reducción de materiales.

2) Reducción de las pérdidas y por ende la cantidad de materiales requeridos se incrementa.

3) Reducción del impacto ambiental de los equipos lo cual requeriría del uso de nuevos materiales en el diseño y probablemente nuevos diseños.

Seguidamente, nos enfocaremos esta vez en el tercer punto: Reducción del Impacto Ambiental. Para ello un análisis de Evaluación del Ciclo de Vida – LCA provee un enfoque holístico del impacto ambiental. Uno de los puntos críticos en la actualidad para la mejora de los diseños de Trasformadores es la reducción del uso del aceite. En la Unión Europea, en el año 2009, entró en vigencia la Regulación No. 2009/125/EC «Ecodesign Guidelines» o también conocida como directiva de ERP – Energy Related Products. Luego, el 11 de Junio de 2014 entra en acción la Regulación No. 548/2014 respecto al Ecodiseño de los Transformadores pequeños, medianos y grandes. Para el año 2021, entrara en vigencia una etapa adicional de la Regulación No. 2009/125/EC mucho más estricta.

El Anexo I de la Regulación 2009/125/EC se describen los parámetros importantes del Ecodiseño. Para cada fase del ciclo de vida de los transformadores, los siguientes aspectos ambientales tienen que ser evaluados:

  • Predecir el consumo de materiales, de energía y de otros recursos como el agua limpia en la construcción de transformadores.

  • Emisiones al aire, al agua o hacia el suelo.

  • Contaminación a través de efectos físicos como ruido, vibración, radiación o campos electromagnéticos.

  • Generación de material de desecho.

  • Posibilidades de reuso, reciclado y recuperación de materiales y/o energía.

Por lo que para cumplir con la directiva es necesaria la realización de uno o varios LCA (Life Cycle Assessment).

Estudio de Evaluación del Ciclo de Vida - LCA

El equipo de Energética Hoy, encabezado por el Ing. MS. Dhionny Strauss realizó recientemente un estudio para comparar el impacto y costo ambiental de los Transformadores Monofásicos en Aceite vs. Secos.

El Estudio sobre la Evaluación del Ciclo de Vida – LCA para comparar el impacto ambiental asociado al ciclo de vida de un Transformador Trifásico de Banco Monofásico de Distribución aislado en Aceite de 3 x 25KVA 13.80/0.220-0.127kV, 60Hz, en Aluminio, Cambiador de tomas 5 posiciones ±2 x 2,5% comparativamente con un Transformador Trifásico de Banco Monofásico de Distribución Seco de 3 x 25KVA 13.80/0.220-0.127kV, 60Hz, en Aluminio, Cambiador de tomas 5 posiciones ±2 x 2,5%. El material considerado para el núcleo fue Acero al Silicio de Grano Orientado Standard – RGO.

Para la Evaluación del Ciclo de Vida – LCA de los Transformadores Monofásicos en Aceite vs. Seco utilizando el Standard ISO 14040:2006 e ISO 14044:2006, se siguieron inicialmente cuatro fases:

Fase 1: se definieron los objetivos y alcances

Fase 2: se realizó un análisis del inventario del ciclo de vida

Fase 3: se evaluó el impacto utilizando un software de análisis openLCIA (versión 1.6.3) y el método de impacto utilizado fue el CML2001

Fase 4: se interpretaron los resultados.

En la Figura No.1 se puede observar la metodología y el marco para un LCA según ISO 14040

Fig. No.1. Fases de una Evaluaciones del Ciclo de Vida o Life Cycle Assessment – LCA

Debido a que los Transformadores son equipos de alto consumo, además de que están presentes en todas las áreas geográficas, así como también se han utilizado en su construcción en el pasado materiales altamente contaminantes, es de alto interés el avance de la tecnología para hacer de los Transformadores eléctricos equipos menos contaminantes, más eficientes y con el menor peso posible. Los transformadores eléctricos son dispositivos de transformación de voltaje y corriente que se utilizan en los sistemas de potencia eléctrica en casi todos los niveles de voltaje. Su eficiencia nominal se encuentra en el orden de 95-99.80%. Son frecuentemente los equipos más grandes, difíciles, costosos y fundamentales de las redes eléctricas. El LCA incluye la fabricación de materias primas, operación para unos 30 años y el manejo hasta el final de la vida útil de los transformadores y el transporte. En la Figura No. 2 se puede observar un modelo de producción básico para el Transformador en Aceite y Seco para el análisis LCA.

Fig No. 2. Modelo de producción básico para el Transformador en Aceite y Seco para el análisis LCA.

En líneas generales se obtuvieron resultados relativos para los indicadores:

  • Climate Change GWP 100a – Global Warming Potential in 100 years in kg CO2 equivalent, el transformador en seco ofrece un total de 88.69% CO2 mientras que el transformador en aceite un total de 100% CO2.

  • Para el Eutrophication Potential average European, el transformador seco ofrece un total de 58.30% NOx mientras que para el transformador en aceite un total de 100% NOx.

  • Para el indicador Malodours air in m3, el transformador seco ofrece un total de 35.00% m3 de aire, mientras que para el transformador en aceite un total de 100% m3 de aire.

  • Y finalmente para el indicador Terrestrial ecotoxicity - TAETP 100a in 100 years in kg 1,4-DCB-Eq – Dichlorobenzene, el transformador seco ofrece un total de 94.32% mientras que para el transformador en aceite un total de 100%.

En la Figura No.3 se observan los gráficos porcentuales de los resultados obtenidos. Se concluye efectivamente que el transformador seco produce un impacto ambiental mucho menor que el transformador en aceite.

Figura No.3. Impacto Ambiental Relativo de Transformador en Aceite Vs. Transformador Seco 75kVA.