Propiedades dieléctrica del nanofluido de aceite/CrOOH para ser usado como aceite de transformador de potencia

Abstract

Los transformadores son esenciales en la industria eléctrica por su capacidad para variar tensión y corriente, con una vida útil de 25-30 años. Sin embargo, presentan un 2% de fallas globales, siendo el aislamiento (41%) y los devanados (14%) las principales causas. En el caso del aislamiento en los transformadores, el aceite dieléctrico resulta crítico para el funcionamiento. Así es como los nanofluidos, que combinan aceites con nanopartículas, emergen como una solución para mejorar propiedades dieléctricas y térmicas. El presente trabajo estudia las propiedades dieléctricas del nanofluido basado en aceite mineral con nanopartículas de CrOOH, evaluando su viabilidad como fluido aislante en transformadores de potencia. El estudio demostró que las nanopartículas de CrOOH sintetizadas presentan una estructura amorfa y morfología aglomerada, con tamaños entre 2 y 4[nm], lo que sugiere potencial en aplicaciones que requieren alta superficie específica. La incorporación de estas nanopartículas modificó las propiedades ópticas del fluido, aumentando la absorbancia en rangos específicos de longitud de onda, aunque este efecto no fue lineal con la concentración. En cuanto a las propiedades dieléctricas, se identificó una concentración óptima (10[mg/L]) que maximiza la rigidez dieléctrica, mientras que concentraciones más altas (30 – 40[mg/L]) la reducen, ya que un exceso de nanopartículas reduce la efectividad de los tensioactivos, ayudando a la formación de caminos conductivos. Además, las nanopartículas influyeron en la generación de gases durante descargas dieléctricas, acelerando la descomposición inicial del aceite, pero estabilizándola en etapas avanzadas. Estos hallazgos indican que, aunque los nanofluidos mejoran propiedades clave, su uso requiere una concentración óptima y consideraciones sobre su impacto en el envejecimiento del fluido. Transformers are essential in the electrical industry due to their capacity to vary voltaje and current, with a useful life of 25-30 years. However, they have a 2% overall failure rate, with insulation (41%) and windings (14%) being the main causes. In the case of transformer insulation, the dielectric oil is critical for operation. This is how nanofluids, which combine oils with nanoparticles, emerge as a solution to improve dielectric and thermal properties. The present work studies the dielectric properties of the nanofluid based on mineral oil with CrOOH nanoparticles, evaluating its viability as an insulating fluid in power transformers. The study showed that the synthesized CrOOH nanoparticles present an amorphous structure and agglomerated morphology, with sizes between 2 and 4[nm], suggesting potential in applications requiring high specific surface area. The incorporation of these nanoparticles modified the optical properties of the fluid, increasing the absorbance in specific wavelength ranges, although this effect was not linear with concentration. Regarding dielectric properties, an optimum concentration (10[mg/L]) was identified that maximizes dielectric strength, while higher concentrations (30 - 40[mg/L]) reduce it, since an excess of nanoparticles reduces the effectiveness of the surfactants, helping the formation of conductive paths. In addition, the nanoparticles influenced the generation of gases during dielectric discharges, accelerating the initial decomposition of the oil but stabilizing it in advanced stages. These findings indicate that, although nanofluids improve key properties, their use requires optimal concentration and consideration of their impact on fluid aging.