Aplicación y ventajas de la espectroscopia fotoacústica para el control de gases en aceites de transformadores

• Principios técnicosLa técnica de espectroscopia fotoacústica utiliza las propiedades de absorción de las moléculas de gas de longitudes de onda de luz específicas para la detección. La mezcla de gases que sale del aceite es irradiada por la luz modulada, las moléculas de gas absorben la energía luminosa y a continuación liberan calor mediante el salto no radiativo, lo que provoca la expansión del gas de la microrregión para producir señales acústicas, la intensidad de la señal es proporcional a la concentración de gas.
• Puntos fuertes: No necesita gas portador ni columnas, lo que elimina el consumo de consumibles y la necesidad de sustitución periódica de la cromatografía tradicional, con la consiguiente reducción significativa de la carga de trabajo de mantenimiento y de los costes de funcionamiento a largo plazo.
• Rango de detecciónLos principales productos pueden cubrir de 3 a 7 tipos de gases característicos de fallo, que pueden detectarse cambiando las diferentes longitudes de onda de los filtros.
• Escenarios aplicables: Especialmente adecuado para emplazamientos desatendidos con condiciones de mantenimiento limitadas, donde es difícil acceder con frecuencia al personal, y para instalaciones compactas donde el tamaño del equipo y el consumo de energía son críticos.

1. Funcionamiento de la espectroscopia fotoacústica

La espectroscopia fotoacústica se basa en el efecto fotoacústico: cuando las moléculas de gas absorben luz modulada de una longitud de onda específica, se excitan a un estado de alta energía, liberando posteriormente energía en forma de calor a través de colisiones moleculares, lo que da lugar a la expansión y contracción periódica de microrregiones del gas para formar ondas sonoras detectables. Cada molécula de gas tiene su propia huella espectral de absorción (longitud de onda de absorción característica), por lo que cada gas objetivo puede detectarse uno a uno seleccionando diferentes longitudes de onda de filtro.

A diferencia de la cromatografía de gases convencional, que requiere la separación de una mezcla de gases uno a uno en una columna antes de la detección por separado, la espectroscopia fotoacústica no requiere un paso de separación física y utiliza características espectrales para identificar directamente los gases. Esto elimina la necesidad de una columna y un sistema de gas portador y simplifica considerablemente la estructura del equipo.

2. Comparación con la cromatografía de gases

3. Ventajas técnicas de la espectroscopia fotoacústica

3.1 Funcionamiento sin mantenimiento

La ausencia de dependencia del gas portador y las columnas minimiza el mantenimiento in situ. Para subestaciones remotas, zonas de gran altitud o emplazamientos con acceso limitado, la ausencia de mantenimiento supone una reducción significativa de la mano de obra y la frecuencia de las operaciones de mantenimiento.

3.2 Detección rápida

Al eliminar la necesidad de separaciones cromatográficas, las detecciones únicas suelen ser más rápidas que la cromatografía. En situaciones de emergencia en las que se requiere un juicio rápido, los ciclos de detección más cortos permiten advertir de los fallos con mayor antelación.

3.3 Compactibilidad

La eliminación del sistema de conductos de gas y del termostato de columna permite reducir el tamaño y el peso de la unidad. Es adecuada para aplicaciones con limitaciones estrictas de espacio de instalación, como salas compactas de distribución de energía o plataformas móviles de supervisión.

4. Limitaciones técnicas

4.1 Gama limitada de gases detectables

Los principales productos de espectroscopia fotoacústica actuales pueden detectar menos gases que los sistemas GC de gama alta debido a la gama de longitudes de onda de los filtros disponibles y al solapamiento espectral. En concreto, la sensibilidad de la detección de CO y CO₂ aún puede mejorarse en algunos productos.

4.2 Interferencia espectral

Diferentes gases pueden tener picos de absorción superpuestos en la región de longitudes de onda similares, lo que da lugar a interferencias cruzadas. Aunque esto puede compensarse y corregirse mediante algoritmos de software, en escenarios en los que coexisten componentes gaseosos complejos, el efecto de la interferencia cruzada es más difícil de eliminar por completo que la separación física mediante cromatografía.

4.3 El sistema estándar sigue mejorando

La cromatografía de gases se utiliza en la industria energética desde hace décadas, y el sistema estándar es perfecto. La espectroscopia fotoacústica, al ser una tecnología relativamente nueva, las normas industriales pertinentes están aún en proceso de desarrollo y mejora, lo que afecta en cierta medida a la aceptación de algunos usuarios.

5. Preguntas más frecuentes

5.1 P. ¿Puede ser la espectroscopia fotoacústica tan precisa como la cromatografía?

R: La precisión de los principales productos de espectroscopia fotoacústica se aproxima al nivel de la cromatografía en sus respectivos rangos de detección. Sin embargo, los sistemas cromatográficos de gama alta siguen presentando ciertas ventajas en cuanto a la riqueza de especies gaseosas detectadas y la relación señal/ruido a concentraciones muy bajas.

5.2 P. ¿Es cierto que los equipos de espectroscopia fotoacústica no requieren mantenimiento?

R: La ausencia de gas portador y de sustitución de la columna es su mayor ventaja en cuanto a mantenimiento, pero no está completamente libre de mantenimiento. La fuente de luz tiene una determinada vida útil, los filtros deben mantenerse limpios y las piezas de la unidad de desgasificación y del circuito de aceite deben revisarse periódicamente. El mantenimiento general es mucho menor que el de la cromatografía.

5.3 P: ¿En qué escenarios es apropiada la espectroscopia fotoacústica?

R: Los escenarios más típicamente aplicables son: estaciones remotas desatendidas, estaciones con limitaciones estrictas en cuanto a la frecuencia de mantenimiento, escenarios compactos con limitaciones de espacio y peso para la instalación, y proyectos en los que hay que controlar los costes de O&M a largo plazo. Las subestaciones centrales siguen requiriendo una cobertura funcional completa del método de cromatografía.

5.4 P. ¿Cuáles son las tendencias futuras de la espectroscopia fotoacústica?

R: Con el progreso de los dispositivos microespectrales y los algoritmos de procesamiento de señales, aún queda mucho margen de mejora en los tipos de gases detectables y la sensibilidad. Se espera que en los próximos años la espectroscopia fotoacústica reduzca gradualmente la distancia que la separa de la cromatografía en cuanto a rango de detección, lo que creará una tendencia de sustitución más fuerte en los mercados de gama baja y media.

5.5 P: ¿Elegir espectroscopia fotoacústica o cromatografía? ¿Cómo decidirse?

R: Si la estación cuenta con personal profesional de operación y mantenimiento y necesita la información de diagnóstico más completa, elija la cromatografía. Si la estación es remota y sin personal, y la demanda de ausencia de mantenimiento es fuerte, elija la espectroscopia fotoacústica. Si se trata de un transformador principal de núcleo clave, se recomienda elegir la cromatografía; si se trata de un transformador de distribución distribuida, la espectroscopia fotoacústica tiene ventajas más destacadas de bajo mantenimiento.

6. Recomendaciones para la selección

6.1 Las soluciones de espectroscopia optoacústica son preferibles para escenarios con condiciones de mantenimiento restringidas.

6.2 Los escenarios que requieren una gran profundidad de diagnóstico siguen dominados por la cromatografía.

6.3 Ambos pueden utilizarse en el mismo sistema de parrilla para igualar los niveles altos y bajos y complementar los puntos fuertes de cada uno.

Descargo de responsabilidad: El contenido de este artículo es sólo para intercambios técnicos y referencia, y no constituye ninguna forma de compromiso de adquisición u oferta de contrato. Los parámetros técnicos del producto, la configuración y el precio del contrato real y el acuerdo técnico prevalecerán. Los datos técnicos y casos implicados en este artículo proceden de información pública y prácticas de ingeniería, si se actualizan sin previo aviso.

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