Aceite mineral dieléctrico adicionado con nanohojuelas de grafeno.

Aceite mineral dieléctrico adicionado con nanohojuelas de grafeno.

Una composición de aceite mineral dieléctrico para transformador formada por al menos un aceite mineral dieléctrico y nanohojuelas de grafeno decoradas con nanopartículas metálicas y/o nanopartículas cerámicas. La composición de aceite mineral dieléctrico presenta una mejorada conductividad térmica y estabilidad.

Aceite mineral dieléctrico adicionado con nanohojuelas de grafeno.

Campo técnico de la invención 5

La presente invención está relacionada en general con fluidos dieléctricos para aparatos utilizados en la transmisión y distribución de energía eléctrica. Más específicamente, la invención se relaciona a una composición de aceite mineral dieléctrico que comprende nanohojuelas de grafeno decoradas con nanopartículas, bien sea nanopartículas metálicas, 10 nanopartículas cerámicas y sus combinaciones.

Antecedentes de la invención

Los aparatos eléctricos, tales como transformadores, reactores, capacitores, interruptores de 15 circuitos, entre otros, utilizan en su interior fluidos dieléctricos, también denominados aceites dieléctricos, los cuales son utilizados como medio aislante y de disipación del calor generado por los componentes internos del aparato.

El fluido dieléctrico debe ser capaz de desempeñar en forma efectiva y confiable sus funciones 20 como medio refrigerante y de aislamiento durante la vida de servicio del aparato eléctrico.

Obviamente, muchas de las propiedades del fluido dieléctrico deben ser consideradas como necesarias para proveer la capacidad dieléctrica y de refrigeración esperadas, conforme a su aplicación, por lo que en función de ellas se puede ver afectada su habilidad para funcionar 25 efectiva y confiablemente. Entre estas propiedades se pueden incluir: rigidez dieléctrica, constante dieléctrica, factor de disipación, viscosidad, número de acidez, temperatura de escurrimiento y temperatura de ignición.

La rigidez dieléctrica del fluido indica su capacidad a resistir las rupturas eléctricas a ciertas 30 frecuencias de energía eléctrica y se mide como la tensión eléctrica mínima requerida para provocar la formación de un arco entre dos electrodos sumergidos en el fluido dieléctrico.

La constante dieléctrica es la relación de la capacitancia de un condensador que contiene un dieléctrico (aceite) entre sus placas, entre la capacitancia del mismo condensador cuando el 35 dieléctrico es el vacío. Esta propiedad está relacionada con la capacidad del fluido dieléctrico para conducir la electricidad, por lo que a menor valor de ella mayor capacidad dieléctrica tendrá el fluido.

El factor de disipación de un fluido dieléctrico es la medida de las pérdidas dieléctricas en ese 40 fluido generalmente en forma de calor. Un bajo factor de disipación indica bajas pérdidas dieléctricas y una baja concentración de contaminantes polares solubles en el fluido dieléctrico.

El número de acidez en un fluido dieléctrico es una medida de los constituyentes o contaminantes ácidos del fluido. La acidez de un fluido dieléctrico se debe a la formación de 45 productos de oxidación ácidos. Los ácidos y otros productos de oxidación, junto con el agua y contaminantes sólidos, afectarán las propiedades dieléctricas y otras del fluido dieléctrico. La velocidad de incremento del número de acidez del fluido dieléctrico es un buen indicador de la velocidad de envejecimiento del mismo.

La temperatura de escurrimiento es la temperatura a la cual un fluido deja de fluir, tomando el estado sólido en condiciones de presión ambiente. La temperatura de escurrimiento también se puede definir como la máxima temperatura (usualmente bajo cero °C) para la cual el fluido dieléctrico no puede moverse o deformarse con su propio peso. Entre más baja sea esta temperatura, el fluido dieléctrico será aplicable en aparatos eléctricos sometidos a temperaturas extremas bajo cero °C.

La temperatura de ignición, también conocida como punto de inflamación, representa la temperatura que deberá alcanzar el fluido dieléctrico para que dé como resultado el encendido 5 de los vapores del mismo, al momento de exponérseles al aire y a la fuente de encendido o ignición.

Como los fluidos dieléctricos enfrían por convección los aparatos eléctricos donde son aplicados, la viscosidad de estos fluidos a diversas temperaturas es otro factor importante a 10 considerar. La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido a fluir y se analiza típicamente en términos de viscosidad cinemática. A viscosidades bajas, el fluido dieléctrico circula o fluye mejor en el interior del aparato eléctrico y por ende permite mejor disipación de calor.

Entre los fluidos dieléctricos usados en aparatos eléctricos y que cuentan con estas y otras 15 propiedades se incluyen aquellos fluidos dieléctricos a base de aceites minerales, siliconas, aceites sintéticos, aceites vegetales con antioxidantes o mezclas de los mismos.

Los fluidos dieléctricos a base de aceites minerales derivados del petróleo, aceites base silicona o aceites sintéticos, han sido ampliamente utilizados en transformadores eléctricos, 20 cables de transmisión y condensadores. Ejemplos de estos aceites los encontramos en las patentes estadounidenses US-4, 082, 866, US-4, 206, 066, US-4, 621, 302, US-5, 017, 733, US-5, 250, 750 y US-5, 336, 847.

Se ha demostrado que la incorporación de nanopartículas a fluidos dieléctricos o lubricantes a 25 base de aceite mineral mejoran las propiedades tribológicas del mismo, tal y como lo describe los siguientes documentos de patente.

Aruna Zhamu et al., en la publicación de solicitud de patente estadounidense US-2011/0046027 A1, describen una composición lubricante a base de aceite mineral o aceite 30 sintético que incorpora nanohojuelas de grafeno en una forma dispersa y en una proporción de 0.001 % a 60 % en peso. Estas nanohojuelas de grafeno preferentemente son de una sola capa y dependiendo de su cantidad el lubricante tiende a ser una grasa. El aceite mineral o aceite sintético modificado con estas nanohojuelas de grafeno presenta una mejor conductibilidad térmica, un mejor coeficiente de fricción, un mejor desempeño anti-desgaste y 35 una mejor estabilidad a la viscosidad, en comparación con aceites minerales o aceites sintécticos solamente modificados con nanopartículas de grafeno o nanotubos de carbón.

Jian Li et al. de la Universiadad de Chongqing, en la publicación de solicitud de patente china CN101950601, describen un aceite mineral dieléctrico utilizado en transformadores eléctricos, 40 el cual incorpora nanopartículas que son dispersas en el aceite mineral por ultrasonido. La incorporación de nanopartículas en el aceite mineral dieléctrico mejora la rigidez dieléctrica del mismo en comparación con aceites minerales dieléctricos que no incorporan nanopartículas.

Sin embargo, en ambas técnicas antes indicadas, no se describe el uso sinérgico de las 45 bondades de incorporar en un aceite mineral dieléctrico una combinación de nanohojuelas de grafeno y nanopartículas. Es por tanto que la presente invención provee una aceite mineral dieléctrico que presenta una excelente conductividad térmica y estabilidad producto de la incorporación sinérgica de nanohojuleas de grafeno y nanopartículas, bien sea nanopartículas metálicas, nanopartículas cerámicas y sus combinaciones. 50

Descripción breve de las figuras

Los detalles característicos de la invención se describen en los siguientes párrafos en conjunto con las figuras que lo acompañan, los cuales son con el propósito de definir la invención pero sin limitar el alcance de ésta.

Figura 1 muestra una imagen en SEM de nanohojuelas de grafeno decoradas con nanopartículas de plata útiles para la presente invención. 5

Figura 2 muestra una imagen en SEM de nanohojuelas de grafeno decoradas con nanopartículas de cobre útiles para la presente invención.

Descripción detallada de la invención 10

Los detalles característicos de la invención se describen en los párrafos siguientes, los cuales son con el propósito de definir la invención pero sin limitar el alcance de ésta.

La composición de aceite mineral dieléctrico de la presente invención es una novedosa 15 alternativa de fluido dieléctrico para aplicaciones en la industria eléctrica, por lo que sus compuestos que lo constituyen son descritos individualmente a continuación, sin que necesariamente sean descritos en un orden de importancia.

Aceite mineral dieléctrico 20

La composición de aceite mineral dieléctrico de la presente invención puede hacer uso de uno o más aceites minerales dieléctricos.

Los aceites minerales dieléctricos de la presente invención son derivados del petróleo, 25 básicamente están formados por carbono e hidrógeno, se consideran parafínicos aquellos de cadena lineal o ramificada conocidos como n-alcanos, estos compuestos debido a su estructura química son más inestables que los nafténicos y aromáticos. Las moléculas... [Seguir leyendo]

1. Una composición de aceite mineral dieléctrico que comprende nanohojuelas de grafeno dispersas en dicho aceite mineral dieléctrico, caracterizada en que:

dichas nanohojuelas de grafeno están decoradas con nanopartículas seleccionadas de un 5 grupo que consisite de nanopartículas metálicas, nanopartículas cerámicas y sus combinaciones.

2. La composición de aceite mineral dieléctrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada en que incluye de 0.01 % a 20 % en peso de nanohojuelas de grafeno 10 decoradas en base al peso total del aceite mineral y las nanohojuelas de grafeno combinadas.

3. La composición de aceite mineral dieléctrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada en que dichas nanohojuelas de grafeno tienen un espesor promedio menor a 10 nm. 15

4. La composición de aceite mineral dieléctrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada en que dichas nanohojuelas de grafeno tienen mas de una capa de grafeno.

5. La composición de aceite mineral dieléctrico de conformidad con la reivindicación 1, 20 caracterizada en que dichas nanohojuelas de grafeno tienen un ancho y un largo menor a 500 nm.

6. La composición de aceite mineral dieléctrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada en que dichas nanohojuelas de grafeno provienen de la exfoliación de las capas 25 atómicas bidimensionales de carbono que constituyen al óxido de grafito.

7. La composición de aceite mineral dieléctrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada en que dichas nanohojuelas de grafeno están decoradas con nanopartículas metálicas o cerámicas en una proporción de al menos 1:5. 30

8. La composición de aceite mineral dieléctrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada en que dichas nanopartículas metálicas son seleccionadas de un grupo que consiste de nanopartículas de plata, cobre, oro, zinc, aluminio, titanio, cromo, fierro, cobalto, estaño y cromo, y sus combinaciones. 35

La composición de aceite mineral dieléctrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada en que dichas nanopartículas cerámicas son seleccionadas de un grupo que consiste de nanopartículas de óxido de titanio, óxido de cobre, óxido de aluminio, nitruro de aluminio, óxido de zinc, óxido de silicio y sus combinaciones. 40

10. La composición de aceite mineral dieléctrico de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada en que además incluye un agente surfactante seleccionado de un grupo que consiste de ácido oleico, pirrol, polipirrol, polivinilpirrolidona, polimetacrilato de amonio y sus combinaciones. 45