Analsis de Aceite

8/15/2019 Analsis de Aceite

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD ZACATENCO

ANÁLISIS DE GASES DISUELTOS EN ACEITE PARA ELMANTENIMIENTO PREVENTIVO A TRANSFORMADORES DEPOTENCIA MEDIANTE LA IMPLEMENTACIÓN DE SOFTWARE

“ QUE PARA OBTENER EL TÍTULO

DE INGENIERO ELECTRICISTA” .

PRESENTAN:

CARRERA GÓMEZ ARTURO.

ASESOR:

M.en.C. PUENTE NAVARRETE OSCAR LUIS.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

MÉXICO, D.F. MARZO DE 2013.


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ÍNDICE

ÍNDICE DE TABLAS …………………………………………………………………………………. 6

ÍNDICE DE FIGURAS ………………………………………………………………………………….. 8

GLOSARIO ……………………………………………………………………………………………. 9

OBJETIVO GENERAL………………………………………………………………………………….. 10

OBJETIVO ESPECÍFICO……………………………………………………………………………….. 10

JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………………………………………. 10

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………… 11

CAPITULO 1:GENERALIDADES DEL TRANSFORMADOR………………………………………………………. 12

1.1 Introducción ………………………..…………………………………………………………......... 12

1.2 Mantenimiento preventivo, correctivo y predictivo a transformadores …..……………….….. 12

1.3 Análisis de gases disueltos en líquidos aislantes de aceite mineral ………...……………….. 13

1.4 Gases de fallas ………………………………….…………………………………………………. 13

CAPITULO 2:

MÉTODOS DE ANÁLISIS DE GASES DISUELTOS EN EL ACEITE DEL

TRANSFORMADOR……………………………………………………………………………………… 18

2.1 Introducción ………………………..…………………………………………………………......... 18

2.2 Metodología …..……………….…………………………………………………………………... 19

2.3 Métodos de interpretación DGA ………...……………………………………………………….. 19

2.4 Método de la relación de Roger………………………………………………………………..…. 20

2.4.1 Estudio de la técnica de las relaciones de gases …………………………………………........ 212.5 Método de la relación IEC …..……………….…………………………………………………. 22

2.6 Método de la relación de Dornenburg ………...……………………………………………..….. 24

2.7 Método Triángulo Duval ………………………………………………………………………….. 27

2.7.1 1Diseño del Triángulo de Duval mediante coordenadas rectangulares ……………….......... 31

2.7.2 Coordinación de las zonas de falla en el Triángulo de Duval …..……………….……………. 31

2.7.3 Determinación de la falla en dos polígonos del Triángulo de Duval ……………………….… 32

2.8 Método del nomograma logarítmico……………………………………………………………… 33

2..9 Método del gas clave………………………..……………………………………………………... 34


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ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1.1 Gases de falla presente…………………………………………………………………… 14

TABLA 1.2 Fórmula estructural del aceite mineral y de los gases de falla………………………… 15

TABLA 1.3 Efecto corona en aceite………………………………………………..………………….. 16

TABLA 1.4 Pirólisis en aceite …………………………………………............................................. 16

TABLA 1.5 Arqueo en aceite …………………………………………………………………………… 17

TABLA 1.6 Pirólisis de la celulosa ………...……………………………………………..…………… 17

TABLA 2.1 Conjunto de datos utilizados en el análisis ……………………………………………… 19

TABLA 2.2 Relación de códigos de gas ……………….................................................................. 20

TABLA 2.3 Relación de códigos de Roger …..……………….……………………………………….. 20

TABLA 2.4 Clasificación basada en códigos de relación de Roger ……………………….……….. 21

TABLA 2.5 Códigos de relación IEC……………………………………………………………………. 23

TABLA 2.6 Clasificación basada en códigos relación IEC …………………………………............ 23

TABLA 2.7 Concentración de L1 método del coeficiente Dornenburg …………………………… 25

TABLA 2.8 Diagnóstico de fallos para el método de la Relación Dornenburg ………………….. 26

TABLA 2.9 L1 límites y tasa de generación de gas ……………..………………………………… 27

TABLA 2.10 Tipos de fallas en el Triángulo de Duval ………………............................................. 30

TABLA 2.11 Agrupación para el código del tipo de fallas …………………………………………... 35

TABLA 2.12 Análisis de resultados para cada tipo de fallas ……………………………………….. 36

TABLA 2.13 Comparación del valor de cada método de precisión ………………………………… 37

TABLA 3.1 L1 Relación de códigos de gas…………................................................................. 38

TABLA 3.2 Relación de códigos de Roger …..……………….……………………………………... 38

TABLA 3.3 Clasificación basada en códigos de relación de Roger ..…………………….…….… 39

TABLA 3.4 Cromatografía de gases disueltos en el transformador de 40 MVA ………………… 40

TABLA 3.5 Resultado de la relación de gases del transformador de 40 MVA de acuerdo a latabla 3.1 …………………………………………………………………………............... 41

TABLA 3.6 Códigos de fallas del transformador de 40 MVA de acuerdo a la tabla 3.2 ….. 41


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TABLA 3.7 Método de Rogers determinación de los códigos de fallas en la sextaprueba del transformador ………………………………………………………… 44

TABLA 5.1 Relación de gases IEC …………………………………………………………............. 53

TABLA 5.2 Códigos de relación IEC …………………………………………………………………. 53

TABLA 5.3 Clasificación basada en códigos relación IEC …………………………………........... 54

TABLA 5.4 Resultado de la relación de gases del transformador de 40 MVA de acuerdo a latabla 5.1 …………………………………………………………………………………….. 55

TABLA 5.5 Códigos de fallas del transformador de 40 MVA de acuerdo a la tabla 5.2 …......... 55


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ÍNDICE DE FIGURAS

FIG 2 Tasas comparativas de evolución de gases del aceite como una función de energía 22

FIG 2.1 Método de Dornenburg ……………………….…………………………………………. 24

FIG 2.2 Método del Triángulo de Duval ………………………………..…………………........... 28

FIG 2.3 Ejemplo de un punto de muestreo en triángulo………………………………………………………………………………………………… 29

FIG 2.4 Diseño de un Triángulo de Duval …………………………………………………......... 31

FIG 2.5 Zona de falla diferente dentro del triángulo …………………………………………….. 32

FIG 2.6 Ejemplo de un punto fuera de un rango ………………………………………………… 32

FIG 2.7 Diagrama Nomograma Logarítmico ……………………………................................... 33

FIG 2.8 Diagnóstico de Gases Clave …………………………………………………………….. 34

FIG 3.1

Comparación de las tablas 3.5 y 3.6 de los códigos de fallas del transformado

con los resultados del script de Matlab …………………………………………………. 43

FIG 3.2Resultado en Matlab determinación de códigos de fallas en la sexta prueba deltransformador comparándola con la tabla 3.7 …………………………………………... 44

FIG 3.3 Conexión de terminal flojo, carbonizado ………………………………………………... 45

FIG 3.4 Depósitos carbonosos sobre el terminal…………………………................................ 46

FIG 3.5 Vista de la conexión entre el cambiador y el núcleo…………………………………… 46

FIG 4.1 Cromatografía de gases………………………………………………………….…......... 47

FIG 4.2 Resultados obtenidos para el Triangulo Duval ………………………………………… 48

FIG 4.3 Resultados obtenidos del Script para el Triángulo Duval ……………….……………. 50

FIG 4.4 Trazo de la coordenadas porcentuales del Script para el Triángulo Duval………….. 51

FIG 4.5 Comparación del Triángulo de Duval con el script de Matlab ……..………………….. 52

FIG 5.1 Cromatografía de gases…………………………………………………………..…......... 55

FIG 5.2Comparación de las tablas 5.4 y 5.5 de los códigos de fallas del transformadorcon los resultados del script de Matlab ………………………………………………… 57

FIG 5.3 Códigos de fallas en el transformador …………………………………………………. 58


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GLOSARIO

Aceite Ais lante.- Líquido contenido en la mayoría de los transformadores y es un subproductode la destilación del petróleo.

Arco eléctr ico.- Es la descarga eléctrica que se forma entre dos electrodos sometidos encondiciones que provocan la ruptura.

Coordenadas Rectangulares.- Las

coordenadas cartesianas o coordenadas

rectangulares, son un ejemplo de coordenadas ortogonales usadas en espacios

euclidianos, caracterizadas por la existencia de dos ejes perpendiculares

Descarga Corona.- Es un fenómeno eléctrico que se produce en los

entre sí que se cortan

en un punto origen.

Cromatografía De Gases.- Es un conjunto de técnicas que permiten identificar, separary determinar compuestos químicos en mezclas complejas.

Descarga Parcial.- Es una ruptura dieléctrica localizada en una pequeña región de un sistema

sólido o líquido de aislamiento eléctrico, sometido a condiciones de estrés de alta tensión que

no puentea el espacio entre dos conductores. Puede tener lugar dentro del aislamiento o ser

adyacente al conductor.

conductores de las líneasde alta tensión

IEC.- Es una organización de

y se manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor, al igual que un lugarmedio gaseoso alrededor de conductores alejados.

Defecto térmico.- Descarga parcial o disruptiva a través del aislamiento.

Defecto con daño.- Defecto que requiere acciones de reparación o sustitución del punto deldefecto.

Grasas Saturadas.- Ácidos orgánicos, que se encuentran presentes en las grasas, raramentelibres, y casi siempre esterificando al glicerol y eventualmente a otros alcoholes. Songeneralmente de cadena lineal y tienen un número par de átomos de carbono.

normalización en los campos eléctrico, electrónico y tecnologíasrelacionadas. Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO

Lógica Difusa.- Es una extensión de la

(normas ISO/IEC).

Lógica Multivaluada, que además está relacionada yfundamentada en la teoría de conjuntos difusos. Según esta teoría, será una función de

transferencia (que tomará cualquiera de los valores reales comprendidos en el intervalo [0,1]) laque determine el grado de pertenencia de un elemento a un conjunto.

Matlab.- (abreviatura de MATrix LABoratory, "laboratorio de matrices") es un softwarematemático que ofrece un entorno de desarrollo integrado

Pirólisis.- La

(IDE) con un lenguaje deprogramación propio (lenguaje M).

Pirólisis (del griego piro, ‘fuego’ y lisis, ‘rotura’) es la descomposiciónquímica de materia orgánica

Polígonos.- En

y todo tipo de materiales, excepto metales y vidrios, causada porel calentamiento en ausencia de oxígeno.

geometría, un polígono es una figura plana compuesta por una secuencia finita

de segmentos rectos consecutivos no alineados.

http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Coordenadas_ortogonaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Perpendicularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Alta_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Normalizaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Norma_(tecnolog%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_Internacional_para_la_Estandarizaci%C3%B3nhttp://campusvirtual.unex.es/cala/epistemowikia/index.php?title=L%C3%B3gica_Multivaluada&action=edithttp://campusvirtual.unex.es/cala/epistemowikia/index.php?title=Conjuntos_difusos&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Entorno_de_desarrollo_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_griegohttp://es.wikipedia.org/wiki/Descomposici%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Descomposici%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Materia_org%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Segmentohttp://es.wikipedia.org/wiki/Segmentohttp://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Materia_org%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Descomposici%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Descomposici%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Idioma_griegohttp://es.wikipedia.org/wiki/Entorno_de_desarrollo_integradohttp://campusvirtual.unex.es/cala/epistemowikia/index.php?title=Conjuntos_difusos&action=edithttp://campusvirtual.unex.es/cala/epistemowikia/index.php?title=L%C3%B3gica_Multivaluada&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n_Internacional_para_la_Estandarizaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Norma_(tecnolog%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Normalizaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alta_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Perpendicularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Coordenadas_ortogonaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo


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INTRODUCCIÓN

Los transformadores son utilizados en una gran variedad de lugares, van desdela industria más moderna y grande, hasta la casa o el cargador de un celular

utilizado a diario.

El uso de los transformadores en el campo doméstico como en el industrial,

cobran gran importancia ya que con ellos podemos cambiar la amplitud del voltaje,

aumentándola para ser más económica la transmisión y luego disminuyéndola

para una operación más segura en los equipos.

Controlando el estado del Transformador en lapsos regulares, se pueden

predecir fallas incipientes, evitando así consecuencias catastróficas.


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CAPÍTULO 1: GENERALIDADES DEL TRANSFORMADOR

1.1 Introducción

Hoy en día se requiere transportar grandes cantidades de fluido eléctrico,

desde las fuentes de generación hasta los centros de consumo. Esta acción no seríaconcebible sin el desarrollo de ciertos equipos eléctricos como es el casocaracterístico de los transformadores.

Conforme la demanda eléctrica iba en aumento, la industria eléctrica tambiénfue teniendo un mayor crecimiento; luego entonces, la dificultad de trasladar este tipode energía de un lugar a otro, fue haciéndose más evidente, pues en sus principios, segeneraba corriente directa a baja tensión para alimentar los circuitos de alumbrado yde fuerza motriz; esto hacía sumamente ineficiente la transmisión de grandesbloques de energía.1

1.2 Mantenimiento preventivo, correctivo y predictivo a transformadores.

El mantenimiento preventivo al transformador es una actividad que implicareparación y reemplazo de piezas que tiene carácter preventivo, ya que en función delas condiciones del equipo o de ciertos parámetros se efectúan las reparaciones con laintención de anticiparse y prevenir daños mayores que afecten a la disponibilidad delequipo.

El mantenimiento correctivo es el que debe evitarse por los grandes costos querepresenta, permite operar al equipo hasta que la falla ocurra antes de su reparación osustitución, ocurre cuando no hay planeación y control.

Este tipo de mantenimiento implica cargas de trabajo no programadas,ocasionando interrupciones del servicio.

El mantenimiento correctivo impide el diagnóstico exacto de las causas queprovocaron la falla, las cuales pueden ser por abandono, desconocimiento del equipo,desgaste natural, reportes no atendidos para su reparación, maltrato, etc.

Los mantenimientos predictivos se clasifican de acuerdo a lo siguiente:

• Análisis Cromatográfico.

• Análisis físico-químicos.

• Inspección exterior.

• Medición de potencia.

• Medición de voltajes.

• Medición de corrientes.

1 Pedro Avelino Pérez, transformadores de distribución 3ª edición, 2008. P.55


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1.3 Análisis de gases disueltos en líquidos aislantes de aceite mineral

Los materiales aislantes dentro de los transformadores y equipos

relacionados se descomponen para liberar gases dentro de la unidad. La distribución

de estos gases puede ser relacionada al tipo de falla eléctrica y la rapidez de

generación del gas puede indicar la severidad de la falla. La identificación de los gases

que están siendo generados por una unidad en particular puede ser información muy

útil en cualquier programa de mantenimiento preventivo. En este capítulo se tratarán

las bases fundamentales de estas técnicas pero solo para aquellos líquidos aislantes

como el aceite mineral.

Las ventajas obvias que el análisis de gases puede proporcionar son:

1. Aviso anticipado del desarrollo de fallas.

2. Determinar el uso incorrecto de las unidades

3. Revisión del estado de unidades nuevas y reparadas

4. Programación oportuna de reparaciones

5. Monitoreo de unidades con sobrecarga

En este capitulo tratará de los orígenes de los gases de falla y sus métodos para la

detección, interpretación de sus resultados y filosofías en el uso de estas técnicas.

1.4 Gases de falla

El origen de los gases de falla puede ser dividido en tres grandes categorías:

Descarga corona o descargas parciales, calentamiento térmico y arqueos.

Estas tres categorías difieren principalmente en la intensidad de energía, la más

severa ocurre con el arqueo, en menor cantidad con el calentamiento y finalmente

con descargas parciales.


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Una lista parcial de los gases de falla que pueden ser encontrados en una unidad

es mostrada en los siguientes tres grupos:

1.-Hidrocarburos.

• Metano

• Etano

• Etileno

• Acetileno

• Hidrogeno

2.-Óxidos de carbono

•

Monóxido de carbono• Dióxido de carbono

3.-Gases que no son de falla

• Nitrógeno

• Oxígeno

Estos gases se acumulan en el aceite así como en la cubierta para gases de

unidades con un espacio libre por encima del aceite como resultado de varias fallas.Los gases de falla pueden ser clasificados por el tipo de material que está involucrado

y el tipo de falla presente. Según se indican en la tabla 1.1

TABLA 1.1 Gases de falla presentes

1.- DESCARGA CORONA

a) aceite

b) celulosa ,

2.- CALENTAMIENTO TÈRMICOa) aceite

Baja temperatura ,

Al ta temperatura , , (

b) celulosa

Baja temperatura (CO)

Al ta temperatura CO( )

3.- ARQUEO , , ( , )


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Los líquidos aislantes de aceite mineral están compuestos esencialmente de

hidrocarburos saturados llamados parafinas tabla 1.2, cuya fórmula molecular es

con “n” en el rango de 20 a 40. El material aislante celulósico es un polímero

cuya fórmula general es ( ) con “n” en el rango de 300 a 750.

TABLA 1.2 Fórmula estructural del aceite mineral y de los gases de falla.

ACEITE MINERAL H H H H H H H H

-C-C-C-C-C-C-C-C-H

H H H H H H H H

HIDRÒGENO

H-H

METANO

HH--C-H

H

ETANO

H H

H--C-C-H

H H

ETILENO

H H

C=C

H H

ACETILENO CH Ξ CH

DIÒXIDO DE CARBONO O=C=O

MONÒXIDO DE CARBONO C=O CO

OXÌGENO

O=O

NITRÒGENO

NΞ N


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Las tablas 1.3, 1.4, 1.5 y 1.6 ilustran el proceso que ocurre con la descarga

corona, pirólisis y arqueos en aceite y la pirólisis de la celulosa respectivamente.

TABLA 1.3 Efecto corona en aceite.

H H H H H

-C-C-C-C-C-H

H H H H H

88 %

1 %

CO 1 %

6 %

1 %

0.1%

0.2 %

TABLA 1.4 Piról isis en aceite.

H H H H H

-C-C-C-C-C-H

H H H H H

16 %

vestigios

CO vestigios

16 %

6 %

41 %

vestigios


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TABLA 1.5 Arqueo en aceite.

H H H H H

-C-C-C-C-C-H

H H H H H

39 %

2 %

CO 4 %

10 %

7 %

6 %

35 %

TABLA 1.6 Pirólisis de la celulosa.

CO

( )n

n= 300.750

9 %

25 %

CO 50 %

8 %

5 %

4 %

0.3 %


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CAPÍTULO 2: MÉTODOS DE ANÁLISIS DE GASES DISUELTOS EN EL ACEITEDEL TRANSFORMADOR

2.1 Introducción

El Análisis de Gases disueltos en aceite (DGA) es un tema delicadoy técnica fiable para la detección de fallas incipientesen condiciones dentro de los transformadores sumergidos. La presencia dedeterminados gases es la clave para controlar y cuantificar. Existe unnúmero de métodos desarrollados para el análisis de estos gases yla interpretación de su significado: Gas clave, método de Roger,método de Dornenburg, Nomograma logarítmico, relación IEC yTriángulo de Duval. Este trabajo investiga la exactitud y la coherenciade estos métodos en la interpretación de la condición del transformador.

La evaluación se lleva a cabo en los datos obtenidos del análisis de gases disueltos enaceite.

El aspecto más importante del análisis de los gases de culpa, es el diagnósticocorrecto de las fallas que generan los gases detectados.En la actualidad existen varios métodos desarrollados para hacer lainterpretación del tipo de falla de los datos de gases disueltos.En este trabajo, los seis métodos de interpretación de los gases de culpa soninvestigados y comparados. El estudio fue realizado para evaluar la

Los gases clave considerados son: Hidrógeno, Metano, Etano, Etileno yAcetileno.

Los aceites minerales son mezclas de hidrocarburos de diversasmoléculas. Están compuestos esencialmente de grasas saturadas hidrocarburos llamados parafinas cuya fórmula general moleculares , con n el rango de 20 a 40. Con el uso detransformadores, el aceite actúa como un medio dieléctrico y también como unagente de transferencia de calor. El desglose de los materiales aislantes eléctricos

y componentes relacionados con el interior del transformadorliberan gases dentro de la unidad. La distribución de estos gasespuede estar relacionada con el tipo de fallo eléctrico, y la tasa de generación de gaspuede indicar la gravedad de la falla.

La identidad de los gases que se generan por una particularunidad, puede ser una información muy útil en cualquier programa de mantenimientopreventivo. Existen varias técnicas para la detección de los gases de culpa y el análisisde gas disuelto fue reconocido como el método más informativo. Este método consisteen el muestreo del aceite para medir la concentración de los gases disueltos.


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2.4 Método de la relación de Roger

El método de Roger, utiliza cuatro relaciones de gas: , ,, . El diagnóstico de fallos se logra a través de un esquema

simple de codificación basado en rangos de las proporciones, como se muestra en lastablas 2.2 y 2.3. 4

TABLA 2.2 Relación de cód igos de gas [4]

RELACIONESDE GAS

RELACIÓN DECÒDIGOS

/ i

j

k

l

TABLA 2.3 Relación de códigos de Roger [4]

RELACIÒNDE

CÒDIGOS

RANGOS CÒDIGOS

i0.1, =1.0, =3.0

5012

j=1.001

k=1.0, =3.0

012

l

=0.5, =3.0

0

12

4 Rogers R.R. “IEEE and IEC codes to interpret incipient faults in transformers, using gas in oilanalysis”, IEEE Trans. EI, Vol EI-13, No. 5, pp. 349-354, October 1978.


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La combinación de la codificación ofrece 12 tipos diferentes de fallas en eltransformador. El tipo de fallos basado en el código es el quese muestra en la tabla 2.4.

TABLA 2.4 Clasificación basada en códigos de relación de Roger [4]

i j k l DIAGNÒSTICO

0 0 0 0 Deterioro normal

5 0 0 0 Descarga parcial

1-2 0 0 0 Sobrecalentamiento

ligero < 150 ºC

1-2 1 0 0 Sobrecalentamiento150 ºC-200 ºC

0 1 0 0 Sobrecalentamiento

200 ºC-300 ºC

0 0 1 0 Sobrecalentamiento

de conductores

1 0 1 0 Corrientes de

circulación

1 0 2 0 Núcleo y el tanque

recalentados en

uniones

0 0 0 1 Descarga eléctricasin flujo de

corriente

0 0 1-2 1-2 Arqueo con alto

flujo de corriente

0 0 2 2 Continúa

provocando a los

potenciales

flotantes

5 0 0 1-2 Descargas

parciales con

seguimiento

2.4.1 Estudio de la técnica de las relaciones de gases

Las consideraciones anteriores condujeron a la elección de 4 relaciones paralos diagnósticos de fallos, basados en el orden dado como se muestra en la figura 2.Es decir Metano/Hidrogeno, Etano/ Metano, Etileno/Etano y Acetileno/ Etileno.

El punto de cambio significativo de cada relación se asumió arbitrariamente

igual a la unidad. Para los primeros diagnósticos elementales se determino que aunvalor mayor de 1 se indica por un código 1 y un valor por debajo de 1 el código es


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cero. Las proporciones se eligen de modo que una serie de cuatro ceros indica unfuncionamiento satisfactorio del transformador.

Los códigos de proporciones de gases se muestran en la tabla 2.3 y 2.4 el usodel código facilita la programación de un ordenador para proporcionar un diagnostico

de fallos directamente desde una base de datos de cromatografía de gases.Los esquemas de interpretación se resumieron en un documento de estudio en

el laboratorio de CIGRE en 1975, fue un escrito desarrollado por Duval, con el fin deestablecer la identificación de las fallas reales, se evaluó cien conjuntos de los análisisde los transformadores con fallas conocidas.

Los resultados de trabajo de laboratorio fueron proporcionados para evaluar lastemperaturas probables en el cual las proporciones indican un cambio significativo. Aluz de estos resultados y otras evaluaciones teóricas, los valores significativosprocedieron al cambio de las relaciones de gases, tanto para fallas eléctricas y

térmicas y fueron modificadas. Debido a que la relación del Etano/ Metano solo indicaun rango de temperatura limitada de descomposición.

FIG 2. Tasas comparativas de evolución de gases del aceite como una func ión deenergía

2.5 Método de la relación IEC

Este método se originó del método de coeficiente de Roger,excepto que la relación fue eliminada, ya que sólose indica un rango de temperatura limitado de descomposición.

En este caso, las otras tres relaciones de gas tienen diferentes rangos decódigo en comparación con el método de la relación de Roger y


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se muestra en la tabla 2.4. Las fallas se dividen en nueve diferentes tipos que seenumeran en la tabla 2.5 5.

TABLA 2.5 Códigos de relación IEC 5.

RELACIÒN

DECÒDIGOS

RANGOS CÒDIGOS

l3.0

0112

i3.0

1022

k3.0

0012

TABLA 2.6 Clasificación basada en códigos de relación IEC5.

l i k CARACTERÌSTICASDE LA FALLA 0 0 0 Envejecimiento

normal* 1 0 Descarga parcial en

baja densidad deenergía

1 1 0 Descarga parcial enalta densidad de

energía

1*2

0 1-2 Descarga en bajaenergía chispas

continuas1 0 2 Descarga de altaenergía con flujo de

energía atraves de el0 0 1 Temperatura de falla

700 ºC

5 Siva Sarma, D.V.S.S. and G.N.S. Kalyani, ANN Approach for

Condition Monitoring of Power Transformers using DGA. 2004

IEEE Region 10 Conference, TENCON 2004., 2004. C: p. 444-447


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2.6 Método de la relación de Dornenburg

Este método utiliza la concentración de gas en relación de , ,, . El valor de los gases en un primer momento debe superar la

concentración de L1 a determinar si realmente hay un problema con la unidad y luegosi hay suficiente generación de cada gas para la relación análisis que se aplica. Latabla 2.7 muestra los gases principales y su concentración L1. 6

FIG 2.1 Método de Dornenburg en ppm

6 C57.104.1991, I., IEEE Guide for Interpretation of Gases

Generated in Oil-Immersed Transformer , I. The Institute of

Electrical and Electronic Engineers, Editor. 1992, The Institute of

Electrical and Electronic Engineers, Inc p. 27.


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TABLA 2.7 Concentración de L1 método del coeficiente Dornenburg 6

De acuerdo con el estándar IEEEC 57.104-1991, elprocedimiento para diagnosticar fallas con el cociente de Doernenburges el siguiente:

Paso 1. Las concentraciones de gases se obtienen mediante la extracción dellos gases y los separa por cromatografía de gases.

Paso 2. Si al menos una de las concentraciones de gas (en ppm) para, , , superan el doble de los valores

para limitar L1 (ver tabla 2.7) y uno de los otros tresgases de efecto supera los valores límite para la L1, la unidad es

considera defectuoso, proceda al Paso 3.Paso 3. Determinar la validez del procedimiento de relación: Si por lo menos

uno de los gases en cada relación , / , / ,/ , y / , L1 excede el límite, el procedimiento de relación es

válida. De lo contrario, las relaciones son no significativas y la unidad debe volver amuestrarse e investigado por procedimientos alternativos.

GAS CLAVE CONCENTRACIÒNL1 (ppm)Hidrógeno

(

Metano

Monóxido de

Carbono (CO)

Aceti leno

)

Etileno )

Etano )

100

120

350

35

50

65


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Paso 4. Suponiendo que el análisis de la relación es válida, cada unarelación de los sucesivos se compara con los valores obtenidosen la tabla 2.8, en el orden de la relación de , / ,

/ , / y / .

Paso 5. Si todas las relaciones de éxito de una falla en específico seencuentran dentro de los valores en la tabla 2.8, el diagnóstico sugerido es válido.

Tabla 2.8 Diagnóstico de fallos para el método de la Relación Dornenburg 7

DIAGNOSTICODE FALLASSUGERIDAS

RELACION 1(R1)

FRAGMENTOSDE GAS EN EL

ACEITE

RELACION 2(R2)

FRAGMENTOS DE GASEN EL ACEITE

RELACION 3(R3)

/


ACEITE

RELACION 4(R4)


ACEITE1.Descomposiciontérmica

>1.0 >1.0 1.0 >0.3 >0.1


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2.7 Método del Triángulo de Duval

El método del triángulo Duval es un diagnóstico para aceite aislado enequipos de alta tensión, principalmente en transformadores, fue desarrollado porMichel Duval en 1974. Se basa en el uso de 3 gases de hidrocarburos (CH4, C2 H4 yC2 H 2

M. Duval desarrolló este método en la década de 1960,para determinar si existe un problema, al menos uno de los gases de hidrocarburos ode hidrógeno debe ser a nivel o por encima de L1 y la tasa de generación de gas espor lo menos en el G2. El nivel de L1 yla tasa de generación de gas para este método se muestran en la tabla 2.9.

) correspondientes al aumento de los niveles de energía de formación de gasesen los transformadores en servicio. Este método ha demostrado ser preciso y confiabledurante muchos años y ahora está ganando más popularidad. Una ventaja de estemétodo es que proporciona siempre un diagnóstico, con un porcentaje bajo de error enel resultado. El método del Triàngulo de Duval es especial, ya que el diagnóstico defallas se realiza sobre la base de visualización de la ubicación de los gases disueltosen el aceite en un mapa triangular. El método del triángulo se indica en la figura 2.2.

8

TABLA 2.9 L1 límites y tasa de generación de gas

GAS LÌMITES G1 LÌMITES(ppm por mes)

G2 LÌMITES(ppm por mes)

100 10 50

75 8 38

3 3 3

75 8 38

75 8 38

CO 700 70 3507000 700 3500

Una vez que el problema se ha determinado, calcular el importe totalacumulado de los tres gases (CH4, C2 H4 y C2 H 2

8 FIST3-31, Facilities Instructions, Standards and Techniques

Volume 3-31 Transformer Diagnostics. 2003, Bureu ofReclamation Hydroelectric Research and Technical Services Group

Denver. p. 5-13.

) y dividir cada gas por el total paradeterminar el porcentaje de cada gas se trazan los porcentajes del gas en el Triángulode Duval.


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FIG 2.2 Método del Triángu lo de Duval. 9

T3= Defecto térmico, t >700 ºC.

= ………..1

= …………2

= ……………3

DP= Descargas parciales

DI= Descargas de baja energía

D2= Descargas de alta energía

T1= Defecto térmico, t< 300 º C

T2=Defecto térmico ,300 ºC < t


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En general, hay tres tipos de fallas que se pueden detectar, es decir, parcial,alta y baja energía de arco (falla eléctrica) y caliente manchas de distintos rangos detemperatura (falla térmica). Estos tipos de fallas se determinan en 6 zonas de fallasindividuales mencionado en la Tabla 2.10 (DP, D1, D2, T1, T2 o T3), una zonaintermedia DT se ha atribuido a las mezclas de fallas eléctricas y térmicas en el

transformador. Puesto que ninguna región está designada para la condición normal deenvejecimiento, descuidado. La aplicación del triangulo de Duval se traducirá en eldiagnóstico de cualquiera de uno de los defectos mencionados. Para evitar esteproblema, los gases disueltos deben ser evaluados para su normalidad antes de suinterpretación utilizando el triangulo de Duval. Los tres lados del Triángulo se expresanen coordenadas triangulares (P1, P2, P3) representan las proporciones relativas deCH2, C2 H4 y C2 H2, de 0 a 100 para cada gas.

11

Estos tres gases en ppm, CH4 = g1, g2 = C2 H4 y C2 H2

FIG 2.3 Ejemplo de un punto de muestreo en triángulo

= g3, deben ser

transformados en coordenadas triangulares antes de ser trazado en el triángulo. Enprimer lugar la suma de estos tres valores, G1 + G2 + G3, debe calcularse y laproporción relativa de los tres gases, como se muestra en figura 2.3

11

Michel Duval, Fault gases formed in oil-filled breathing EHV powertransformers- The interpretation of gas analysis data, IEEE PAS Conf.,Paper No C 74 476-8, 1974.


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TABLA 2.10 tipos de fallas en el Triangulo de Duval. 12

SÍMBOLO FALLA EJEMPLO

PD DESCARGAS PARCIALESDescargas de tipo parcial enlas burbujas de gas o huecos,con la posible formación de X-cera en papel.

D1DESCARGAS DE BAJA

ENERGÍA

Las descargas parciales deemisión de chispas,Las descargas de agujerosque inducen bajos, pinchazoscarbonizados enDI papel de la energía. Bajoconsumo de energía queinduce arco la perforación o elseguimiento de la superficiecarbonizada de papel, o laformación de partículas decarbono en el aceite.

D2DESCARGAS DE ALTA

ENERGÍA

Las descargas en papel o enaceite, con potenciaLas descargas de seguimientoa través, dando lugar a unaampliaDaños D2 alta energía para elpapel o la formación degrandes partículas de carbonoen la fusión de metal en el

aceite, y de disparo de losequipos y alarmas de gas.

T1FALLA TÉRMICA T 300 ° C).

T2FALLA T RMICA 300 1000 ° C).

12

Michel Duval, Fault gases formed in oil-filled breathing EHV powertransformers- The interpretation of gas analysis data, IEEE PAS Conf.,Paper No C 74 476-8, 1974.


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2.7.1 Diseño del Triangulo de Duval mediante coordenadas rectangulares,

Como se muestra en la fig. 2.4, el sistema consta de un triángulo equiláterotriángulo ABC con tres vértices A, B y C, y tres componentes, a saber P1, P2 y P3 quese determinan con puntos D, E y F, respectivamente. Estas tres fracciones son entre 0y 100, P1, P2 y P3 deben tener siempre el valor de 100.

Graficando P1, P2 y P3 en el Triángulo para ofrecer un solo punto en el interiordel triángulo. Para obtener este punto que se determina como R en la fig. 2.4, treslíneas paralelas deben proceder de las D, E y F. Para el punto D de una línea debe sertrazada paralela a BC, para el punto E una línea debe ser trazada paralela a AB y elpunto F de la línea debe ser paralela a la CA. La intersección de estas tres líneasserán el punto R que está en algún lugar dentro del triángulo.

FIG 2.4 Diseño de un Triángulo de Duval

2.7.2 Coordinación de las zonas de falla en el triangulo de Duval

Para determinar las diferentes zonas del método del triangular Duval, hay quedefinir un polígono para cada zona. Como se muestra en la fig. 2.5, tenemos sietepolígonos para definir las diferentes zonas de falla.


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Los cuatro puntos de la zona DI se especifica como D11, D12, D13, D14. Cadapunto tal como se define D11 por sus valores de fracción P1, P2 y P3 que se puededeterminar de acuerdo con la fig. 2.5

FIG 2.5 Zona de falla diferente dentro del Triángulo

2.7.3 Determinación de la falla en dos polígonos del Triángulo de Duval

Este valor indica el porcentaje del círculo en cada uno de los polígonos. Si el

círculo está fuera de un rango polígono el porcentaje valor será cero. La figura2.6 muestra un ejemplo de que el punto R se ubican en dos zonas de D1 y D2 13

FIG 2.6 Ejemplo de un punto fuera de un rango

.

13 Michel Duval, James Dukarm, Improving the Reliability of TransformerGas-in-Oil Diagnosis, IEEE Elec. Insul. Mag., Vol.21, No.4, pp. 21-27,2005.


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2.8 Método del nomograma logarítmico

El método del nomograma logarítmico fue desarrollado por J. O. Iglesia. Estemétodo combina la relación de gases de culpa, respecto con el valor umbral delgas clave para mejorar la exactitud del diagnóstico de fallos. El nomograma secompone de una serie de escalas verticales logarítmicas que representan lasconcentraciones de los gases individuales, como se muestra en la Figura 2.7

Figura 2.7 Diagrama Nomograma Logarítmico


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2.9 Método del gas clave

El principio del método del gas clave se basa en la cantidad de gases de fallaliberados del aceite aislante, cuando un fallo aumenta la temperatura en eltransformador de potencia. La presencia de los gases de falla depende de latemperatura o la energía que va a romper el vínculo o relación del aceite aislante. Estemétodo utiliza el gas individual en lugar del cálculo de los coeficientes de gases para ladetección de fallas. La proporción de los gases son llamados “gases clave” la figura2.8 muestra cuatro tipos de fallas generales. 14

Figura 2.8 Diagnóstico de Gases Clave

14 C57.104.1991, I., IEEE Guide for Interpretation of GasesGenerated in Oil-Immersed Transformer , I. The Institute of49Electrical and Electronic Engineers, Editor. 1992, The Institute of Electrical and Electronic Engineers, Inc p. 27.


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2.10 Comparación de fallas en los diferentes métodos del análisis de gasesdisueltos en aceité.

En la tabla 2.11 se indican una comparativa agrupación de fallas posibles paralos métodos de análisis de gases disueltos en el aceite.

TABLA 2.11 Agrupación para el código del tipo de fallas 15

MÉTODO

ROGER

Levesobrecalentamiento


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El diagnóstico tiene éxito en la predicción de la condición normal de losmétodos que no tienen valor límite de los gases de culpa, siemprefallan en predecir la condición normal.

TABLA 2.12 Análisis de resultados para cada tipo de fallas. 16

MÉTODO

C DIGODE

FALLA

N MERO DEPREDICCIONES

(P)

N MERO DEPREDICCIONES

CORRECTAS(R)

% DEPREDICCIONES

EXITOSAS(S)

CONSISTENCIA(C)

ROGER

10 5 50 %

45 %13 13 39 %13 12 55 %9 8 57 %4 3 23 %

IEC

6 5 50 %

60 %26 26 79 %16 18 85 %9 9 64 %6 3 23 %

NONOGRAMA

15 2 20 %

74 %24 23 72 %19 18 82 %20 14 100 %14 13 100 %

DOERNENBURG

3 2 20 %

40 %15 15 45 %9 8 36 %

7 6 43 %8 7 54 %

DUVAL

10 10 100 %

88 %32 30 91 %26 22 100 %10 7 50 %14 13 100 %

GAS CLAVE

11 10 100 %

78 %46 33 100 %11 10 45 %9 7 50 %

13 2 92 %

16FIST3-31, Facilities Instructions, Standards and Techniques

Volume 3-31 Transformer Diagnostics. 2003, Bureu of

Reclamation Hydroelectric Research and Technical Services Group

Denver. p. 5-13.


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La tabla 2.13 muestra los resultados de precisión. El cálculo de laprecisión sobre la base de los casos muestran todos los métodos al tener unaprecisión mayor del 70 por ciento. La más precisa es la IEC, método delcoeficiente seguido de la relación de Roger, Dornenburg, Triángulo deDuval, nomograma y el método de Gas clave. Los métodos que utilizan el código

específico en el diagnóstico tienen una alta precisión (> 90%). Por otro lado, losmétodos que utilizan la interpretación directa basada en el valor de cada uno de losgases de falla sea menos precisa. Sin embargo, la precisión basada en el totalnúmero de casos muestra una tendencia diferente. 17

TABLA 2.13 Comparación del valor de cada método de precisión .

ROGER IEC NOMOGRAMA DORNENBURG DUVAL CLAVEDE

GAS

TOTAL DECASOS TC 92 92 92 92 92 92

NO HAYPREDICCIONES

TNP

47 26 0 50 0 0

NÙMERO DEPREDICCIONES

TP

45 66 92 42 92 92

PREDICCIONESCORRECTAS

TH

41 61 70 38 82 72

PREDICCIONESINCORRECTAS

TW

4 5 22 4 10 20

EXACTITUD( PRONÒSTICO

DE CASOS)

91% 92% 76% 90% 89% 78%

EXACTITUD(TOTAL DE

CASOS )

45% 66% 76% 41% 89% 78%

Una posibilidad para mejorar la exactitud del diagnóstico de la DGA esa través de la utilización de sistemas expertos. Lógica Difusa es conocida comouno de los Sistemas expertos que se pueden utilizar para diagnosticar la fallas debido

un su palabra, capacidad de almacenar y utilizar el conocimiento para tomar ladecisión. En este caso, las reglas del diagnóstico final. Este caso sin dar mejor JuicioSobre el diagnóstico los fallos del Transformador.Un controladora de lógica difusa se ha desarrollado utilizando Matlab paraimplementar el método del coeficiente Roger del triangulo de Duval y relación IEC. Elmismo conjunto de datos son utilizados en las pruebas. Se encontró que mediante eluso de sistemas, el número de casos con la predicción se redujo en 17%.

17 Q.Su, et al., A Fuzzy Dissolved Gas Analysis Method for TheDiagnosis of Multiple Incipient Faults in a Transformer. IEEE

Transaction On Power System, 2000. 15(2): p. 593-597.


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La combinación de la codificación ofrece 12 tipos de fallas deltransformador. El tipo de fallos basado en el código es el quese muestra la tabla 3.3.

TABLA 3.3 Clasificación basada en códigos de relación de Roger

i

4

j k l DIAGNOSTICO

0 0 0 0 Deterioro normal

5 0 0 0 Descarga parcial

1-2 0 0 0 Sobrecalentamientoligero < 150 ºC

1-2 1 0 0 Sobrecalentamiento150 ºC-200 ºC

0 1 0 0 Sobrecalentamiento200 ºC-300 ºC

0 0 1 0 Sobrecalentamientode conductores

1 0 1 0 Corrientes decirculación

1 0 2 0 Núcleo y el tanquerecalentados en

uniones

0 0 0 1 Sin poder seguiradelante

0 0 1-2 1-2 Con poder seguiradelante

0 0 2 2 Continuaprovocando a los

potencialesflotantes

5 0 0 1-2 Descargasparciales conseguimiento


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3.2 Caso de estudio para el transformador de 40 MVA por el método de Roger.

A continuación se obtiene una base de datos de cromatografía de gases tabla3.4, para un transformador de 40 MVA, analizado por el LABORATORIO DR.LANTOSde Buenos Aires Argentina.

Tabla 3.4 Cromatografía de gases disueltos en el transformador de 40 MVA 18

GASESDISUELTOSEN ACEITE AISLANTE

1997 1998 1999 2000 2000 2000

1erPRUEBA

2 daPRUEBA

3 erPRUEBA

4 taPRUEBA

5 taPRUEBA

6 taPRUEBA

Hidrocarburos e hidrogeno

Metano ppm 6(A1)

36(A2)

200(A3)

1900(A4)

4000(A5)

3700(A6)

Etileno ppm 29(B1)

100(B2)

290(B3)

2200( B4)

3200(B5)

3900(B6)

Etano ppm 7(C1)

8(C2)

51(C3)

370(C4)

630(C5)

910(C6)

Aceti leno ppm 1(D1)

0(D2)

0(D3)

2(D4)

5(D5)

5(D6)

Hidrogeno ppm 12

(E1)

20

(E2)

25

(E3)

630

(E4)

1500

(E5)

1650

(E6)

Óxidos de carbono

Monóxido decarbono

Ppm 500 570 560 480 650 560

Dióxido decarbono

ppm 1500 2300 2600 2700 4700 800

Gases que no son de falla

Oxigeno ppm 19700 14100 19600 19200 19200 20200

Nitrogeno ppm 73700 59700 73700 58000 67700 66200

Otros Gases

combustibles ppm 555 734 1226 5582 9335 10725

Total de gases Gasestotales

% v 9.5 7.7 9.7 8.5 10.2 10.5

18

DR. Lantos laboratorios, Buenos Aires Argentina,Esteban Lantos (en línea)Consulta. 28/mayo/2012 pág. 49, disponible en: http://www.noria.com/sp/sudamerica/end/memorias/ppt/PPT%20Lantos.pdf

http://www.noria.com/sp/sudamerica/end/memorias/ppt/PPT%20Lantos.pdfhttp://www.noria.com/sp/sudamerica/end/memorias/ppt/PPT%20Lantos.pdfhttp://www.noria.com/sp/sudamerica/end/memorias/ppt/PPT%20Lantos.pdf


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En la tabla 3.5 y 3.6 se observan las relaciones de gases y los códigos de fallasencontrados en el transformador.

TABLA 3.5 Resultado de la relación de gases del transformador de 40 MVA de acuerdo ala tabla 3.1

RELACIONESDE GAS

1997 1998 1999 2000 2000 2000

1erPRUEBA

2daPRUEBA

3erPRUEBA

4taPRUEBA

5taPRUEBA

6taPRUEBA

/ i 1 0.5000 1.8000 8.0000 3.0159 2.6667 2.2424

j 2 1.1667 0.2222 0.2550 0.1947 0.1575 0.2459K 3 4.1429 12.5000 5.6863 5.9459 5.0794 4.2857l 4 0.0345 0 0 0.0009 0.0016 0.0013

TABLA 3.6 Códigos de fallas del transformador de 40 MVA de acuerdo a la tabla 3.2

RELACIONESDE GAS

1997 1998 1999 2000 2000 2000

1erPRUEBA

2daPRUEBA

3erPRUEBA

4taPRUEBA

5taPRUEBA

6taPRUEBA

/ i 1 0 1 2 2 1 1

j 2 1 0 0 0 0 0K 3 2 2 2 2 2 2l 4 0 0 0 0 0 0


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3.3 Diagrama de flujo para el método de Roger

En el siguiente diagrama de flujo nos proporciona la implementación delmétodo de Roger en Matlab.

SI

NO

Si l =0.5, =3.0 Dame cód igo 2

Inicio

Ingresar la cromatografía de gases en ppm a 6pruebas del Metano (CH4), Etileno (C2H4),Etano (C2H6), Acetileno (C2H2), Hidrogeno(H2).

Relacionar los gases:

/ =i j

=k l Realiza el

procedimi ento 6 veces

Si i 0.1, =1.0, =3.0 Dame códi o 2

Tieneerrores

Imprimir los códigos

i i i i i i

j, j , j, j , j, j k, k, k, k, k, k

l , l, l, l, l, l

Observarerror,

corregir elScrip ycorrerlo

Fin

IRSE ALMANUAL

ANEXO 4,PASO 5

Si j =1.0 Dame código 1

Si k =1.0, =3.0 Dame códi o 2


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En la imagen 3.1 podemos observar que en el resultado de la relación de gases conlos códigos de fallas de la tabla 3.5 y 3.6 y comparándola con el script de Matlab los códigosde fallas presentes en el transformador de 40 MVA, son iguales y por lo tanto el script seráaplicado para cualquier análisis de gases disueltos en el aceite por el método de ROGERS.

FIG 3.1 Comparación de las tablas 3.5 y 3.6 de los cód igos de fallas del transformadorcon los resultados del scrip t de Matlab


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3.4 Diagnóst ico para el transformador de 40 MVA en la sexta prueba y año de2000.

En la tabla 3.7 se observa la obtención de los códigos en la prueba deseadapor el usuario en la cual se procede a realizar el mantenimiento preventivo altransformador.

La figura 3.2 nos indica que el resultado del script de Matlab los códigos soniguales con respecto a la tabla 3.7

TABLA 3.7 Método de Roger determinación de los códigos de fallas en la sextaprueba del transformador.

RELACIÒN DE GASESRELACI N

DECÓDIGO

CROMATO-GRAFIA

TABLA 3.4

RESULTADORELACIONDE GASESDEL SCRIPDE MATLAB

RELACI NCÒDIGO

TABLA 3.2DEBIDO

AL SCRIP

METANO/HIDRÒGENO / i = 1 2.2424 1

ETANO/METANO j= 2 0.2459 0

ETILENO/ETANO k = 34.2857 2

ACETILENO/ETILENO l =4 0.0016 0

FIG 3.2 Resultado en Matlab de terminación de códigos de fallas en la sexta prueba del

transformador comparándola con la tabla 3.7


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3.5 Diagnóstico de fallo

La combinación de la codificación ofrece 12 tipos de fallas del transformadorpor lo tanto al combinar la relación de códigos i,j,k,l se tiene 1 ,0 2, 0, de la tabla 3.7en la sexta prueba, se obtiene una clasificación basada en códigos de fallos posiblesen el transformador y por lo tanto el diagnostico es de acuerdo a la tabla 3.3.

En la figuras 3.4, 3.5 y 3.6 nos muestran el mantenimiento preventivo deltransformador de 40 MVA

DIAGNOSTICO: Núcleo y el tanque recalentados en uniones.

FIG 3.3. Conexión de terminal flojo , carbonizado

(Faltaba un to rnillo pasante)


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CAPÍTULO 4: APLICACIÓN DEL MÉTODO DE TRIÁNGULO DE DUVALMEDIANTE SOFTWARE DE MATLAB

4.1 Introducción

Este capítulo tratara del método del triangulo de Duval, los pasos a seguirpara la determinación de la coordenadas porcentuales, con ayuda de laimplementación de software de Matlab se comparan los resultados para el uso de esteprograma.

El método del Triángulo Duval se basa en el uso de 3 gases de hidrocarburos(CH4, C2 H4 y C2 H2) correspondientes al aumento de los niveles de energía deformación de gas en los transformadores en servicio.

4.2 Caso de estudio para el transformador de 40 MVA por el método del Triángulo de

Duval

FIG 4.1 Cromatografía de gases

18

A continuación se obtiene una base de datos de cromatografía de gases tabla 3.4,para un transformador de 40 MVA, analizado por el LABORATORIO DR.LANTOS deBuenos Aires Argentina.

De acuerdo a la tabla 3.4 de cromatografía de gases se tiene:


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De acuerdo a la norma 60599 IEC 1999

= ……..4.1

= ……….4.2

= …………..4.3

DP= Descargas parciales

DI= Descargas de baja energía

D2= Descargas de alta energía

T1= Defecto térmico, t < 300 º C

T2=Defecto térmico ,300 ºC < t 700 ºC

Sustituyendo las ecuaciones 4.1, 4.2 y 4. 3 de la norma y obteniendo la cromatografíade gases de la tabla 3.4 en la quinta prueba se tiene:

Resultado de los gases porcentuales.

= = 0.0693%…………………4.4

= = 44.4136%.................4.5

= = 55.5170%..................4.6

En la figura 4.2 nos muestra el diagnóstico de falla del transformador de 40MVA

FIG 4.2 Resultados obtenidos para el Triángulo Duval


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4.3 Diagrama de flujo para el método del Triángulo de Duval

En el siguiente diagrama de flujo nos proporciona la implementación delmétodo del Triángulo de Duval.

Inicio

Ingresar la cromatografía de gasesen ppm en la 5 prueba del Metano(CH4), Etileno (C2H4), Aceti leno

(C2H2)

REALIZAR LAS OPERACIONES SIGUIENTES

=

=

=

Entregar el resultado de lascoordenadas porcentuales

Trazar los resultados en eltriangulo de Duval

Imprimir el triangulo de Duval paradiagnost icar la falla

Fin


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En las figuras 4.3 y 4.4 nos muestran los resultados del script de matlab, parael trazo de las coordenadas porcentuales de los gases .

FIG 4.3 Resultados obtenidos del script para el Triangulo Duval


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FIG 4.4 Trazo de la coordenadas porcentuales del script para el Triángulo Duval

El diagnóstico de falla encontrado es un defecto térmico, de una temperaturamayor a los 700 ºC.


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En la imagen 3.4 podemos observar que en el resultado del triangulo de

Duval son iguales con el script de Matlab en el transformador de 40 MVA, y por lotanto el script será aplicado para cualquier análisis de gases disueltos en el aceite porel método del triangulo de Duval.

FIG 4.5 Comparación del triangulo de Duval con el script de Matlab.


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TABLA 5.3 Clasificación basada en códigos relación IEC 5

l i k CARACTERÍSTICASDE LA FALLA

0 0 0 Envejecimientonormal

* 1 0 Descarga parcial enbaja densidad de

energía1 1 0 Descarga parcial en

alta densidad deenergía

1-2 0 1-2 Descarga en bajaenergía chispascontinuas

1 0 2 Descarga de altaenergía con flujo de

energía atravez de el0 0 1 temperatura de falla

700 ºC


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5.2 Caso de estudio para un transformador de 40 MVA por el método de la relación IEC

A continuación se obtiene una base de datos de cromatografía de gases tabla3.4, para un transformador de 40 MVA, analizado por el LABORATORIO DR.LANTOSde Buenos Aires Argentina.

De acuerdo a la tabla 3.4 de cromatografía de gases se tiene.

FIG 5.1 Cromatografía de gases

RELACIONESDE GAS

17

TABLA 5.4 Resultado de la relación de gases del transformador de 40 MVA de acuerdo ala tabla 5.1

1997 1998 1999 2000 2000 2000

1erPRUEBA

2daPRUEBA

3erPRUEBA

4taPRUEBA

5taPRUEBA

6taPRUEBA

l 1 0.0344 0 0 0.0009 0.0015 0.0012

/ i 2 0.5 1.8 8 3.0158 2.6666 2.2424K 3 4.1428 12.5 5.6862 5.9459 5.0793 4.2857

TABLA 5.5 Códigos de fallas del transformador de 40 MVA de acuerdo a la tabla 5.2

RELACIONESDE GAS

1997 1998 1999 2000 2000 2000

1erPRUEBA

2daPRUEBA

3erPRUEBA

4taPRUEBA

5taPRUEBA

6taPRUEBA

l 1 0 0 0 0 0 0

/ i 2 0 2 2 2 2 2K 3 2 2 2 2 2 2


54/110

Página56

5.3 Diagrama de flujo para el método de la relación IEC

En el siguiente diagrama de flujo nos proporciona la implementación delmétodo de relación IEC en Matlab

SI

NO

Inicio

Ingresar la cromatografía de gases en ppm a 6pruebas del Metano (CH4), Etileno (C2H4),Etano (C2H6), Acetileno (C2H2), Hidrogeno(H2).

Relacionar los gases:

l / =i

=k

Realiza elprocedimi ento 6 veces

Si l 0.1, =1.0, =3.0 Dame código 2

Tieneerrores

Imprimir los códigos

l, l, l, l, l, l

i, i , i, i, i ,i

k, k, k, k, k, k

Observarerror,corregir el

Scrip ycorrerlo

Fin

IRSE AL

MANUAL ANEXO 6,

PASO 5

Si i 0.1, =1.0, =3.0 Dame código 2

Si k 0.1, =1.0, =3.0 Dame códi o 2


55/110


56/110

Página58

FIG 5.2 Comparación de las tablas 5.4 y 5.5 de los cód igos de fallas del transformadorcon los resultados del scrip t de Matlab

En la figura 5.3 se obtienen los códigos de fallas presentes en la quinta prueba en eltransformador para obtener el diagnostico y realizar el mantenimiento preventivo deltransformador

FIG 5.3 Códigos de fallas en el transformador

Al elegir el código de falla en la quinta prueba se tiene un código de 0,2,2. Lacombinación de la codificación ofrece 9 tipos de fallas deltransformador. El tipo de fallos basado en el código es el quese muestra la tabla 5.3

Como resultado se tiene un diagnóstico de falla temperatura de falla >700 ºCsimilar con el resultado del método Triángulo de Duval.

5.4 Estudio económico de análisis de gases disueltos en el aceite.

El estudio de análisis de gases disueltos en aceite, el presupuesto de lacromatografía de gases es de $3,500.00 m.n mas iva y consta del estudio en partespor millon (ppm), del metano, etileno, etano, acetileno e hidrogeno por cada prueba.

Se le agrega un costó más por el diagnóstico de falla con el programa de $3,200 m.n mas iva, que da un total de $ 6,700.00 m.n mas iva por cada prueba en eltransformador de potencia.


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Página59

(ANEXO1) SCRIPT DE MATLAB POR EL MÉTODO DE LA RELACION IEC

% DETERMINACION DE LOS CODIGOS DE FALLA RELACION IEC

clc

clear

disp('ELIJA EL NUMERO DE PRUEBAS')

disp('1.- UNA PRUEBA DE DGA ')

disp('2.- DOS PRUEBAS DE DGA')

disp('3.- TRES PRUEBAS DE DE DGA')

disp('4.- CUARTA PRUEBA DE DGA')

disp('5.- QUINTA PRUEBA DE DGA')

disp('6.- SEXTA PRUEBA DE DGA')

a=input('TECLEE LA OPCION DESEADA : ','s');

switch a

case '1'

A1= input (' ingrese las ppm del metano en la 1er. prueba: ')

B1= input (' ingrese las ppm del etileno en la 1er. prueba: ')

C1= input (' ingrese las ppm del etano en la 1er. prueba: ')

D1= input (' ingrese las ppm del acetileno en la 1er. prueba: ')

E1= input (' ingrese las ppm del hidrogeno en la 1er. prueba: ')

fprintf('\n resultado relacion de gas en la primera prueba debido ala tabla 11, \n')

RCl= (D1/B1)

RCi= (A1/E1)

RCk= (B1/C1)

a1=RCl

if a1== 1

elseif RCl < 0.1

disp('RCl es menor a 0.1')

P1= 0

elseif RCl >= 0.1 & RCl < 1.0

disp('RCl esta entre 0.1 y 1')

P1= 1

elseif RCl >= 1 & RCl < 3.0


58/110

Página60

disp('RCl esta entre 1 y 3')

P1= 1

elseif RCl >= 3.0

disp (' RCl es mayor o igual 3')

P1= 2

end

b1=RCi

if b1== 1

elseif RCi 0.1 & RCi < 1.0

disp('RCi esta entre 0.1 y 1.0')

M1 = 0

elseif RCi >= 1 & RCi < 3

disp (' RCi esta entre 1 y 3')

M1 = 2

elseif b1 >= 3

disp('RCi es mayor o igual a 3')

M1 = 2

end

c1=RCk

if c1== 1

elseif RCk < 0.1

disp('RCk es menor a 0.1')

O1= 0

elseif RCk >= 0.1 & RCk < 1.0

disp('RCk esta entre 0.1 y 1')

O1=0



O1=1


59/110

Página61

elseif RCk >= 3.0

disp (' RCk es mayor o igual a 3')

O1= 2

end

C8=[1 2 3 4 5];

M8=[A1 B1 C1 D1 E1 42 :6;]';

fprintf('\t\t CROMATOGRAFIA DE GASES EN EL TRANSFORMADOR')

fprintf('\n\n')

fprintf(' ppm ');

fprintf('\n')

fprintf('_______________________________________________________________');

M8

C2=[1 2 3 ];

M=[1 2 3 42:7;RCl RCi RCk 42 :6;]';

fprintf('\t\t RESULTADO DE LA RELACION DE GASES DEL TRANSFORMADOR')

fprintf('\n\n')

fprintf('RELACION DE ');

fprintf('\n')

fprintf('GAS NUMERICO ');

fprintf('\n')

fprintf(' 1er ');

fprintf('\n')

fprintf('_______________________________________________________________');

M

C2=[1 2 3 ];

M7=[1 2 3 36 :7;P1 M1 O1 42 :6;]';

fprintf('\t\t CODIGOS DE FALLAS PRESENTES EN EL TRANSFORMADOR')

fprintf('\n')


fprintf('\n')

fprintf('CODIGO NUMERICO ');


60/110

Página62

fprintf('\n')

fprintf(' 1er ');

fprintf('\n')

fprintf('______________________________________________________________');

M7

case '2'






A2= input (' ingrese las ppm del metano en la 2da. prueba: ')

B2= input (' ingrese las ppm del etilino en la 2da. prueba: ')

C2= input (' ingrese las ppm del etano en la 2da. prueba: ')

D2= input (' ingrese las ppm del acetileno en la 2da. prueba: ')

E2= input (' ingrese las ppm del hidrogeno en la 2da. prueba: ')


RCl= (D1/B1)

RCi= (A1/E1)

RCk= (B1/C1)

fprintf('\n resultado relacion de gas en la segunda prueba debido ala tabla 11, \n')

RCl1= (D2/B2)

RCi1= (A2/E2)

RCk1= (B2/C2)

a1=RCl

if a1== 1

elseif RCl < 0.1


P1= 0




61/110

Página63

P1= 1



P1= 1

elseif RCl >= 3.0


P1= 2

end

b1=RCi

if b1== 1



M1 = 0



M1 = 2

elseif b1 >= 3


M1 = 2

end

c1=RCk

if c1== 1

elseif RCk < 0.1


O1= 0



O1=0



62/110

Página64


O1=1

elseif RCk >= 3.0


O1= 2

end

a2=RCl1

if a2== 1

elseif RCl1 < 0.1

disp('RCl1 es menor a 0.1')

P2= 0

elseif RCl1 >= 0.1 & RCl1 < 1.0

disp('RCl1 esta entre 0.1 y 1')

P2= 1

elseif RCl1 >= 1 & RCl1 < 3.0

disp('RCl1 esta entre 1 y 3')

P2= 1

elseif RCl1 >= 3.0

disp (' RCl1 es mayor o igual 3')

P2= 2

end

b2=RCi1

if b2== 1

elseif RCi1 0.1 & RCi1 < 1.0

disp('RCi1 esta entre 0.1 y 1.0')

M2 = 0

elseif RCi1 >= 1 & RCi1 < 3

disp (' RCi1 esta entre 1 y 3')

M2 = 2


63/110

Página65

elseif b2 >= 3

disp('RCi1 es mayor o igual a 3')

M2 = 2

end

c2=RCk1

if c2== 1

elseif RCk1 < 0.1

disp('RCk1 es menor a 0.1')

O2= 0

elseif RCk1 >= 0.1 & RCk1 < 1.0

disp('RCk1 esta entre 0.1 y 1')

O2=0

elseif RCk1 >= 1.0 & RCk1 < 3.0


O2=1

elseif RCk1 >= 3.0

disp (' RCk1 es mayor o igual a 3')

O2= 2

end

C8=[1 2 3 4 5];

M8=[A1 B1 C1 D1 E1 42 :6;A2 B2 C2 D2 E2 32 :5;]';


fprintf('\n\n')

fprintf(' ppm ppm ');

fprintf('\n')

fprintf('______________________________________________________________');

M8

C2=[1 2 3 ];

M=[1 2 3 42:7;RCl RCi RCk 42 :6; RCl1 RCi1 RCk1 32 :5;]';


fprintf('\n\n')


64/110

Página66


fprintf('\n')


fprintf('\n')

fprintf(' 1er 2da ');

fprintf('\n')

fprintf('_______________________________________________________________');

M

C2=[1 2 3 ];

M7=[1 2 3 36 :7;P1 M1 O1 42 :6;P2 M2 O2 32 :5;]';


fprintf('\n')


fprintf('\n')


fprintf('\n')

fprintf(' 1er 2da ');

fprintf('\n')

fprintf('____________________________________________________________________');

M7

case '3'











65/110

Página67








RCl= (D1/B1)

RCi= (A1/E1)

RCk= (B1/C1)


RCl1= (D2/B2)

RCi1= (A2/E2)

RCk1= (B2/C2)

fprintf('\n resultado relacion de gas en la tercera prueba debido ala tabla 11, \n')

RCl2= (D3/B3)

RCi2= (A3/E3)

RCk2= (B3/C3)

a1=RCl

if a1== 1

elseif RCl < 0.1


P1= 0



P1= 1



P1= 1

elseif RCl >= 3.0



66/110

Página68

P1= 2

end

b1=RCi

if b1== 1



M1 = 0



M1 = 2

elseif b1 >= 3


M1 = 2

end

c1=RCk

if c1== 1

elseif RCk < 0.1


O1= 0



O1=0



O1=1

elseif RCk >= 3.0


O1= 2

end


67/110

Página69

a2=RCl1

if a2== 1

elseif RCl1 < 0.1


P2= 0

elseif RCl1 >= 0.1 & RCl1 < 1.0


P2= 1



P2= 1

elseif RCl1 >= 3.0


P2= 2

end

b2=RCi1

if b2== 1



M2 = 0



M2 = 2

elseif b2 >= 3


M2 = 2

end

c2=RCk1

if c2== 1


68/110

Página70

elseif RCk1 < 0.1


O2= 0

elseif RCk1 >= 0.1 & RCk1 < 1.0


O2=0

elseif RCk1 >= 1.0 & RCk1 < 3.0


O2=1

elseif RCk1 >= 3.0


O2= 2

end

a3=RCl2

if a3== 1

elseif RCl2 < 0.1


P3= 0

elseif RCl2 >= 0.1 & RCl2 < 1.0


P3= 1



P3= 1

elseif RCl2 >= 3.0


P3= 2

end

b3=RCi2

if b3== 1

elseif RCi2


69/110

Página71

M3 = 1

elseif RCi2 > 0.1 & RCi2 < 1.0


M3 = 0



M3 = 2

elseif b3 >= 3


M3 = 2

end

c3=RCk2

if c3== 1

elseif RCk2 < 0.1


O3= 0

elseif RCk2 >= 0.1 & RCk2 < 1.0


O3=0

elseif RCk2 >= 1.0 & RCk2 < 3.0


O3=1

elseif RCk2 >= 3.0


O3= 2

end

C8=[1 2 3 4 5];

M8=[A1 B1 C1 D1 E1 42 :6; A2 B2 C2 D2 E2 32 :5; A3 B3 C3 D3 E3 23 :4;]';


fprintf('\n\n')

fprintf(' ppm ppm ppm ');


70/110

Página72

fprintf('\n')

fprintf('___________________________________________________________');

M8

C2=[1 2 3 ];

M=[1 2 3 42:7;RCl RCi RCk 42 :6; RCl1 RCi1 RCk1 32 :5;RCl2 RCi2 RCk2 23 :4;]';


fprintf('\n\n')


fprintf('\n')


fprintf('\n')

fprintf(' 1er 2da 3er ');

fprintf('\n')

fprintf('________________________________________________________________');

M

C2=[1 2 3 ];

M7=[1 2 3 36 :7;P1 M1 O1 42 :6;P2 M2 O2 32 :5;P3 M3 O3 23 :4;]';


fprintf('\n')


fprintf('\n')


fprintf('\n')

fprintf(' 1er 2da 3er ');

fprintf('\n')

fprintf('____________________________________________________________________');

M7

case '4'




71/110

Página73














A4= input (' ingrese las ppm del metano en la 4ta. prueba: ')

B4= input (' ingrese las ppm del etileno en la 4ta. prueba: ')

C4= input (' ingrese las ppm del etano en la 4ta. prueba: ')

D4= input (' ingrese las ppm del acetileno en la 4ta. prueba: ')

E4= input (' ingrese las ppm del hidrogeno en la 4ta. prueba: ')


RCl= (D1/B1)

RCi= (A1/E1)

RCk= (B1/C1)


RCl1= (D2/B2)

RCi1= (A2/E2)

RCk1= (B2/C2)


RCl2= (D3/B3)

RCi2= (A3/E3)

RCk2= (B3/C3)

fprintf('\n resultado relacion de gas en la cuarta prueba debido ala tabla 11, \n')

RCl3= (D4/B4)


72/110

Página74

RCi3= (A4/E4)

RCk3= (B4/C4)

a1=RCl

if a1== 1

elseif RCl < 0.1


P1= 0



P1= 1



P1= 1

elseif RCl >= 3.0


P1= 2

end

b1=RCi

if b1== 1



M1 = 0



M1 = 2

elseif b1 >= 3


M1 = 2

end


73/110


74/110

Página76



M2 = 0



M2 = 2

elseif b2 >= 3


M2 = 2

end

c2=RCk1

if c2== 1

elseif RCk1 < 0.1


O2= 0

elseif RCk1 >= 0.1 & RCk1 < 1.0


O2=0

elseif RCk1 >= 1.0 & RCk1 < 3.0


O2=1

elseif RCk1 >= 3.0


O2= 2

end

a3=RCl2

if a3== 1

elseif RCl2 < 0.1



75/110


76/110

Página78

elseif RCk2 >= 0.1 & RCk2 < 1.0


O3=0

elseif RCk2 >= 1.0 & RCk2 < 3.0


O3=1

elseif RCk2 >= 3.0


O3= 2

end

a4=RCl3

if a4== 1

elseif RCl3 < 0.1


P4= 0

elseif RCl3 >= 0.1 & RCl3 < 1.0


P4= 1



P4= 1

elseif RCl3 >= 3.0


P4= 2

end

b4=RCi3

if b4== 1




77/110


78/110

Página80

M=[1 2 3 42:7;RCl RCi RCk 42 :6; RCl1 RCi1 RCk1 32 :5;RCl2 RCi2 RCk2 23 :4;RCl3 RCi3 RCk34:3;]';


fprintf('\n\n')


fprintf('\n')


fprintf('\n')

fprintf(' 1er 2da 3er 4ta ');

fprintf('\n')

fprintf('___________________________________________________________________');

M

C2=[1 2 3 ];

M7=[1 2 3 36 :7;P1 M1 O1 42 :6;P2 M2 O2 32 :5;P3 M3 O3 23 :4;P4 M4 O4 4:3;]';


fprintf('\n')


fprintf('\n')


fprintf('\n')

fprintf(' 1er 2da 3er 4ta ');

fprintf('\n')

fprintf('___________________________________________________________________');

M7

case '5'









79/110

Página81




















RCl= (D1/B1)

RCi= (A1/E1)

RCk= (B1/C1)


RCl1= (D2/B2)

RCi1= (A2/E2)

RCk1= (B2/C2)


RCl2= (D3/B3)

RCi2= (A3/E3)

RCk2= (B3/C3)

fprintf('\n resultado relacion de gas en la cuarta prueba debido ala tabla 11, \n')

RCl3= (D4/B4)


80/110


81/110

Página83

M1 = 2

elseif b1 >= 3


M1 = 2

end

c1=RCk

if c1== 1

elseif RCk < 0.1


O1= 0



O1=0



O1=1

elseif RCk >= 3.0


O1= 2

end

a2=RCl1

if a2== 1

elseif RCl1 < 0.1


P2= 0

elseif RCl1 >= 0.1 & RCl1 < 1.0


P2= 1



P2= 1

elseif RCl1 >= 3.0


82/110

Página84


P2= 2

end

b2=RCi1

if b2== 1



M2 = 0



M2 = 2

elseif b2 >= 3


M2 = 2

end

c2=RCk1

if c2== 1

elseif RCk1 < 0.1


O2= 0

elseif RCk1 >= 0.1 & RCk1 < 1.0


O2=0

elseif RCk1 >= 1.0 & RCk1 < 3.0


O2=1

elseif RCk1 >= 3.0


O2= 2


83/110


84/110

Página86

if c3== 1

elseif RCk2 < 0.1


O3= 0

elseif RCk2 >= 0.1 & RCk2 < 1.0


O3=0

elseif RCk2 >= 1.0 & RCk2 < 3.0


O3=1

elseif RCk2 >= 3.0


O3= 2

end

a4=RCl3

if a4== 1

elseif RCl3 < 0.1


P4= 0

elseif RCl3 >= 0.1 & RCl3 < 1.0


P4= 1



P4= 1

elseif RCl3 >= 3.0


P4= 2

end

b4=RCi3

if b4== 1

elseif RCi3


85/110

Página87

disp('RCi3 es menor o igual 0.1')

M4 = 1

elseif RCi3 > 0.1 & RCi3 < 1.0


M4 = 0



M4 = 2

elseif b4 >= 3


M4 = 2

end

c4=RCk3

if c4== 1

elseif RCk3 < 0.1


O4= 0

elseif RCk3 >= 0.1 & RCk3 < 1.0


O4=0

elseif RCk3 >= 1.0 & RCk3 < 3.0


O4=1

elseif RCk3 >= 3.0


O4= 2

end

a5=RCl4

if a5== 1

elseif RCl4 < 0.1


P5= 0


86/110

Página88

elseif RCl4 >= 0.1 & RCl4 < 1.0


P5= 1


disp('RCl4 esta entr

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Analsis de Aceite