RECUPERACIÓN INTEGRAL DE TRANSFORMADORES CONTAMINADOS CON PCB s

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1 RECUPERACIÓN INTEGRAL DE TRANSFORMADORES CONTAMINADOS CON PCB s Hidalgo H. * Energía San Juan S.A. Av. Rawson 1750 (N), 5400 San Juan - Argentina Resumen La electricidad es una de las energías menos contaminantes, pero su distribución ocasiona inevitablemente, una alteración del medio ambiente en el que se desarrolla. Entre los distintos impactos, aparecen hoy los transformadores contaminados con Bifenilos Policlorados (PCB s) que preocupan a la sociedad en general. Las características de toxicidad, bioacumulación y persistencia en el ambiente, han hecho que los PCB s sean una de las sustancias más reguladas a nivel mundial, generando la obligación de su eliminación. En el presente trabajo se describe en detalle la metodología de recuperación de transformadores contaminados con PCB s, implementada con éxito en 989 transformadores por la empresa Energía San Juan S.A., de la República Argentina. Esta metodología consta de una serie de etapas y estrictos procedimientos de trabajo, que permitieron descontaminar tanto los transformadores como el aceite que contenían, posibilitando la reutilización completa de la máquina, sin la generación de residuos con contenidos de PCB s. Finalmente, se exponen los resultados obtenidos, los que se comparan con otros métodos equivalentes demostrando la eficiencia de la metodología desarrollada. Palabras clave: PCB s, transformador, aceite mineral, declorinación, recuperación. 1. Introducción La electricidad es uno de los pilares fundamentales en el desarrollo económico y social de toda comunidad y está presente prácticamente en la totalidad de las actividades que realiza el hombre. La energía eléctrica es una de las menos contaminantes, pero su distribución ocasiona inevitablemente, una alteración del medio ambiente en el cual se desarrolla. Entre los distintos impactos, aparecen hoy los transformadores contaminados con PCB s que preocupan a la sociedad en general y en particular a la sociedad Argentina. Sus características de toxicidad, bioacumulación y persistencia en el ambiente, han hecho que los PCB s sean una de las sustancias más reguladas a nivel mundial y han generado la necesidad de su eliminación. La legislación vigente de aplicación [1] entiende como contaminada por PCB s, a cualquier mezcla cuyo contenido de PCB s sea superior al 0,005 % en peso, o sea 50 ppm (partes por * Correspondencia: hhidalgo@energiasanjuan.com.ar

2 millón en peso) y por otro lado establece que su uso en aparatos está permitido solamente hasta el año De los distintos relevamientos que las empresas distribuidoras de energía eléctrica argentinas han realizado, se puede concluir que se encuentran contaminados con PCB s entre un 10% y un 20% del parque de transformadores de distribución que hay en el país, los que en su mayoría están en servicio e instalados en la vía pública. No obstante, los niveles de contaminación detectados han sido en su gran mayoría relativamente bajos. Con el objeto de aportar una nueva metodología adecuada a nuestra realidad, se detalla a continuación la Gestión Integral para Recuperación de Transformadores y Aceites Minerales con Niveles de PCB s Mayores a 50 ppm, que implementó con éxito la empresa Energía San Juan S.A., concesionaria de la distribución de energía eléctrica en la provincia de San Juan Argentina. 2. Gestión integral sobre los PCB s La Gestión que implementó Energía San Juan S.A. constó de una serie de procedimientos y etapas, que permiten descontaminar tanto el transformador como el aceite que contienen y posibilita la reutilización de ambos. Se destaca que cada una de las etapas y/o tareas que conforman esta gestión integral, se desarrollaron en un lugar especialmente preparado para este fin. Se obtuvieron, antes de comenzar con el proceso, las habilitaciones estipuladas por la normativa de aplicación vigente en Argentina [2] [3]. Transformador con PCB s > 50 ppm Vaciado Desarmado Exudado de parte activa Lavado y reparación Exudado y armado Almacenaje en tanques Declorinación Filtrado y regeneración Llenado Ensayos eléctricos >50 ppm PCB s 90 días? 50 ppm Transformador Libre de PCB s (recuperado y descontaminado) Figura 1. Diagrama de flujo del proceso integral de descontaminación.

3 Además, el personal que intervino en las operaciones fue altamente capacitado y utilizó todos los elementos de protección personal en un todo de acuerdo a las normativas del trabajo, como las de seguridad y las específicas de aplicación para la operación y manipuleo de este tipo de substancias [2] [4]. Las etapas del proceso para la descontaminación y recuperación de los transformadores con más de 50 ppm de PCB s y los aceites que contienen, como el orden de ejecución de las mismas, se esquematiza en forma sintética en el diagrama de flujo de la Figura Transformadores con aceite mineral con más de 50 ppm de PCB s Para estos transformadores, la descontaminación empleada, se basó en el método de retrollenado o sustitución del aceite. Este método ha sido empleado tanto a nivel Internacional como Nacional con muy buenos resultados y utilizado con éxito por Energía San Juan S.A. Este procedimiento permite descontaminar los transformadores, en un todo de acuerdo a lo especificado por la EPA [5] en su norma EPA 40 CFR Ch. I ( Edition) que regula la gestión de los aparatos eléctricos con PCB s en EE.UU. Por otro lado, se destaca que la citada norma contempla la posibilidad de realizar retrollenado a los transformadores, utilizando aceite mineral Libre de PCB s, es decir aceites que tienen concentraciones de PCB s menores a 50 ppm. En este sentido, lo que la norma EPA 40 CFR Ch. I ( Edition) transformadores, se sintetiza en la Tabla 1. Tabla 1. Recomendaciones de la Norma EPA 40 CFR Ch. I ( Edition). PCB s del transformador [ppm] o sin análisis 500 y < y <500 PCB s en fluido para retrollenado [ppm] Verificación (Análisis de fluido) <50 Después del Retrollenado (90 días de instalado con carga) <50 Después del Retrollenado(9 0 días de instalado con carga) <50 Después del retrollenado (90 días continuos) <50 Después del retrollenado (90 días continuos) 2 y <50 Después del retrollenado (90 días continuos) <2 No requiere análisis Resultado de la verificación [ppm] 50 y <500 <50 50 y <500 <50 <50 No aplicable Conclusión Contaminad o con PCB s Libre de PCB s Contaminad o con PCB s Libre de PCB s Libre de PCB s Libre de PCB s establece para A fin de brindar mayor certeza en el proceso de descontaminación Energía San Juan S.A. sólo utiliza para el retrollenado, aceite mineral con niveles de PCB s no detectables. El vaciado de los transformadores para realizar el retrollenado, nunca es total debido a que quedan restos de aceite contaminado en la cuba, en los radiadores, tanque de expansión y en particular en los sólidos porosos de la parte activa de la máquina, tales como papel, tela,

4 madera, etc. Por lo expuesto, luego del retrollenado y con el transcurrir del tiempo se produce una recontaminación o contra-lixiviado. La misma es ocasionada por el movimiento de las moléculas de PCB s del aceite residual contaminado que quedó, hacia el fluido limpio de reemplazo, hasta que se llega a un equilibrio donde la concentración de PCB s se hace uniforme para la totalidad del aceite que contiene el transformador. Respecto a transformadores con aceite mineral contaminado, que han sido sometidos a retrollenado empleando aceite mineral sin PCB s, varios estudios [6] han demostrado lo siguiente: El fenómeno del contra-lixiviado casi se completa, es decir la recontaminación se estabiliza luego de 90 días de servicio (tanto el calor como la mezcla por los flujos generados por el uso del transformador ayudan a acelerar la desabsorción de las moléculas de PCB s de los materiales porosos). Con el drenaje cuidadoso del transformador, es decir si se extrajera el 90% o más de todo el contenido de aceite contaminado con PCB s de la máquina, la concentración en el fluido del transformador noventa días después del retrollenado, es de aproximadamente el 10% de la concentración original del aceite. Por esta razón, independientemente de lo que establece la Norma EPA 40 CFR Ch. I ( Edition), y con el propósito de asegurar el éxito de la descontaminación, es correcto realizar un análisis cromatográfico, luego de transcurrido más de 90 días de haber tratado el transformador, con la finalidad de controlar los resultados obtenidos. Para el caso específico de transformadores, se evidencia que el éxito de este método depende fundamentalmente de la técnica usada para la limpieza interna del transformador, destinada a minimizar la cantidad de aceite contaminado residual que queda dentro de la máquina. 3.1 Metodología para la descontaminación de transformadores Sobre la base de lo expuesto se detalla a continuación, la metodología de tratamiento que Energía San Juan S.A. dio a los transformadores contaminados con PCB s, para su descontaminación y recuperación. Vaciado del transformador: El vaciado del transformador se efectúa mediante el empleo de una bomba de engranaje, exclusiva para tal fin. Luego de que el transformador es vaciado permanece al menos 24 horas en reposo para que restos de aceite decanten por gravedad. El aceite contaminado, que es retirado del transformador, se envía por cañerías a tres tanques de acero de litros de capacidad, para luego ser descontaminado y regenerado para su utilización. Ver punto 3.2. Descontaminación del transformador: Esta parte del proceso es radical para asegurar el éxito del retrollenado y es donde Energía San Juan S.A. incorpora grumos de originalidad al proceso. Las etapas para su implementación se describen a continuación: a) Limpieza exterior del transformador: Cuando la máquina presenta manchas de aceite en su superficie, las mismas se remueven mediante una limpieza en seco. No se utiliza hidrolavadoras, debido al incremento sustancial de residuos que esto ocasionaría. Los residuos que se generan en esta etapa se les da disposición final a través de un operador habilitado para tal fin.

5 b) Retiro de aceite residual contaminado que queda en el transformador: No obstante que el transformador es vaciado, quedan restos de aceite contaminado atrapados en la cuba, radiadores, tanque de expansión y en particular en los sólidos porosos. Dado que la parte activa de un transformador está constituida por materiales porosos como papel, madera, tela, etc., se hace necesario diferenciar el tratamiento de descontaminación que se le dará, respecto del resto de la máquina. Por lo tanto, esta etapa se inicia con el desencubado de la máquina y continúa de la siguiente manera: Cuba, radiadores y tanque de expansión: Se retirarán los restos de aceite contaminado, factibles de extraer y luego se efectúa un exhaustivo lavado mediante el empleo de aceite mineral descontaminado con niveles de PCB s no detectables. De esta forma y considerando que dichas partes del transformador están constituidas por sólidos no porosos, es correcto asumir que las trazas de PCB s que pudieran quedar son mínimas y se consideran despreciables a los efectos de recontaminación que pudieran ocasionar. Parte activa: Su descontaminación se dificulta por los materiales porosos que la componen, debido que en ellos se encuentra aceite contaminado adsorbido, que no es factible extraerlo en su totalidad. Como puede observarse el éxito del retrollenado dependerá en gran medida del aceite residual con que quede, luego que se efectúe su descontaminación. Energía San Juan S.A. para maximizar la reducción de estos vestigios de aceite contaminado, en una primera instancia somete a la parte activa a proceso de exudación forzado por temperatura. Para la ejecución de esta operación, luego del desencubado del transformador, la parte activa de la máquina es colocada sobre una bandeja de chapa y se ingresa a un horno (Figura 2.) que trabaja a 80ºC, donde permanece por un lapso de 48 horas. Figura 2. Horno para secado y exudación. Para determinar la temperatura de trabajo del horno (80ºC), se ha tenido en cuenta los materiales aislantes, a efectos de no se sufran una degradación dieléctrica por efecto del calor.

6 Cabe resaltar que el horno donde se efectúa el proceso de exudación trabaja en forma hermética mediante un circuito de calefacción cerrado y dispone de un filtro de carbón activado para el venteo de los gases, cuando se finaliza el proceso. Mediciones de calidad de aire en el interior del horno, y sus alrededores dieron valores de PCB s, muy inferiores al límite máximo permitido para ambiente laboral, por la legislación de aplicación vigente. El tiempo de permanencia en el horno ha sido determinado, mediante mediciones de volumen de aceite exudado en función del tiempo, en las cuales se ha observado que luego del lapso de 48 horas, la exudación que puede producirse no es relevante, Figura 3. Figura 3. Escurrido forzado en horno. Finalmente, después del proceso de exudación forzado al que se somete la parte activa, la misma es lavada intensamente con aceite mineral descontaminado sin contendido de PCB s. Los volúmenes de aceite exudados son del orden del 3 % del volumen total de la máquina. Con lo que se reflejada la importancia de realizar este exudado forzado. Tanto el aceite contaminado que se extrae en esta etapa, como el usado para realizar los lavados correspondientes, son ingresados nuevamente al circuito de descontaminación y regeneración de aceites, para su tratamiento. Tareas de mantenimiento: Tienen como objeto asegurar que el transformador queda apto desde punto de vista eléctrico, para su puesta en servicio. Las mismas consisten en efectuar todas las reparaciones que sean necesarias y el armado del mismo. La magnitud de estas tareas y el detalle de las mismas serán función del estado que presenta el transformador, antes de la descontaminación. Llenado de los transformadores: Los transformadores en estas condiciones, que previamente han sido sometidos a un tratamiento térmico de secado para eliminar restos de humedad, son llenados con aceite descontaminado y regenerado con niveles de PCB s No Detectado, acreditado mediante ensayo de cromatografía en fase gaseosa, según norma ASTM D-4059/96.

7 Ensayos eléctricos: Finalizadas todas las etapas anteriores, los transformadores se ensayan con el objeto de verificar que eléctricamente se encuentran aptos para ser instalados en la red eléctrica. Reclasificación: A efectos de asegurar que la descontaminación que se realizó al transformadores fue exitosa, se practica un análisis de cromatografía en fase gaseosa según norma ASTM D- 4059/96, luego de 90 días de efectuada su descontaminación y puesta en servicio. Si el contenido de PCB s luego del periodo señalado no supera las 50 ppm que establece como límite la normativa vigente, se lo reclasifica como Libre de PCB s. Caso contrario es sometido nuevamente al proceso de descontaminación. 3.2 Metodología para la descontaminación y regeneración de aceites contaminados Esta tarea se realiza en forma paralela al retrollenado. Para tal fin Energía San Juan S.A., utilizó un método de descontaminación que se denomina Declorinación con Sodio Metálico. Este método emplea sodio metálico para declorinar las moléculas de PCB`s y el mismo se rige por la reacción de Wurtz. Cabe destacar, que el sodio es un metal reactivo que tiene gran afinidad con el cloro. Propiedad que es aprovechada para la descontaminación de los aceites con PCB s. El Cloro extraído de las moléculas de PCB s se combina con el reactivo, formando una sal que precipita debido a su insolubilidad y mayor peso específico. Los gases que se liberan están en su mayoría formados por vapor de agua e hidrocarburos livianos, que son retenidos por condensación y por un filtro de Carbón Activado. En la Figura 5 puede verse el reactor donde se produce la declorinación y los tanques donde se deja reposar el aceite descontaminado, para que los productos de la declorinación precipiten. Figura 4. Reactor y tanques de precipitación.

8 La elección de este método para la descontaminación de los aceites se sustentó sobre la siguiente base: Su efectividad está probada tanto a nivel Internacional como Nacional, con excelentes resultados. Es un método rápido, seguro y sencillo, de fácil implementación y bajo costo. Permite descontaminar el aceite a niveles de PCB s No Detectado y posibilita su regeneración para ser reutilizado. La existencia en Argentina de operadores habilitados para efectuar la descontaminación de aceites por este método, que utilizan unidades de descontaminación móviles transportables. Esto eliminó en gran medida el riesgo derivado del transporte a otras jurisdicciones, dado que pueden ser tratados en el lugar donde se encuentran. La declorinación es un proceso que se efectúa en un reactor, que trabaja a baja temperatura (90ºC a 100ºC) por lo que no hay formación de dioxinas o furanos. Los residuos generados en este proceso son mínimos y libres de PCB s. Antes que el aceite tratado sea retirado del reactor, para pasar por las siguientes etapas, se debe acreditar que no contiene PCB s. Para esto al finalizar cada batch, se realizó un análisis de cromatografía en fase gaseosa según norma ASTM D-4059/96, con el que se confirmó que la descontaminación del aceite fue exitosa y se elimina el riego de contaminación de los aparatos y equipos empleados en el resto del proceso. Posteriormente, a los aceites descontaminados se los debe recuperar, por lo que se los hace pasar con un filtro prensa para eliminar los sólidos en suspensión que pudiera contener y finalmente se pasa a la etapa de regeneración para restituirle sus propiedades dieléctricas, que incluye la incorporación de aditivos, Figura 5. Figura 5. Filtro prensa y regenerador de aceite. Una vez que se acredita que el aceite ha quedado con niveles de PCB s no detectables y sus características dieléctricas han sido restituidas, se da por finalizado el proceso de descontaminación y regeneración del aceite. Posteriormente, se utiliza las etapas de lavado, y retrollenado.

9 4. Residuos generados en el proceso Los residuos que se generan en este proceso son libres de PCB s y se clasifican conforme la corriente de desecho a la que pertenecen [7]. La disposición final de estos se efectuó a través de un operador habilitado para tal fin. El almacenamiento de los residuos se realizó en tambores de acero de 200 litros, rotulándolos de acuerdo al residuo que contenían. En la figura siguiente, se muestra a modo de ejemplo el rótulo empleado para identificar sólidos impregnados con aceite. Figura 6. Rotulo de identificación para residuos Y48. En la Tabla 2, se presenta un balance de masas de los residuos generados en la declorinación de 1000 litros de aceite contaminado con PCB s, los que equivalen a 900 kg aproximadamente. Tabla 2. Balance de masas de los residuos generados, para descontaminar 1000 l de aceite. Concepto Aceite para Declorinación y Regeneración (Y10) Materias primas Auxiliares [kg] Reactivo sódico 5 Tierras de Fuller 10 Antioxidante 1 Entrada Residuos de entrada [kg] 900 Aceite mineral recuperado [kg] Aceite declorinado y regenerado 878,9 Residuo semisólido (tierras de Fuller impregnada en aceite y subproductos de reacción) (Y8) Salida Residuos especiales [kg] Trapos, estopas, etc. (Y48) 2 Recambios del transformador 1,2 32,5 Totales ,9 35,7

10 5. Resultados obtenidos Sobre un total de 989 transformadores descontaminados y recuperados, que fueron analizados luego del periodo de 90 días de estar en servicio, arrojaron los resultados indicados en la Tabla 3. Tabla 3. Resultados de los análisis cromatográficos, 90 días después de la descontaminación. Concentración final de PCB s [ppm] Cantidad de transformadores [%] No Detectado y < ,3 5 y < ,2 10 y < ,1 20 y < ,4 30 y < ,6 40 y < ,5 Total ,0 Es interesante observar que más de la mitad de los transformadores descontaminados quedaron con niveles no detectados de PCB s después de la descontaminación (menos de 2 ppm). Por otro lado, el 89,4% del total de transformadores tratados, resultaron después de los 90 días de su tratamiento, con concentraciones inferiores a 10 ppm. Con el propósito de mostrar la efectividad del método implementado, se calculó el porcentaje promedio de recontaminación de los transformadores tratados, después de 90 días, arrojando un valor de 1,93%. El que comparado con el 10% que resulta de aplicar un simple retrollenado o con el 7% de un retrollenado con flushing, evidencia la ventaja del método desarrollado lavado y escurrido forzado en horno. Asimismo se destaca que de los 989 transformadores, sólo a 15 máquinas se las tuvo que retratar, realizando un segundo tratamiento de descontaminación. Es importante resaltar, que estos quince transformadores tenían una contaminación inicial superior a las 1100 ppm. 5. Conclusiones De la experiencia obtenida en la ejecución del método desarrollado, se concluye lo siguiente: Transformadores con concentraciones iniciales de ppm son factibles de descontaminar y recuperar sin necesidad de recurrir a un retratamiento, para reclasificarlos como Libres de PCB s. Maquinas con mayores concentraciones, pueden necesitar ser retratados. La metodología descripta, ha sido probada prácticamente, lo que acredita su eficacia y confiabilidad para descontaminar y recuperar tanto los transformadores como el aceite que contienen y permitir su reclasificación dentro la normativa vigente. Su implementación es rápida, sencilla y segura. Evita la necesidad de tener que reponer los transformadores contaminados y el aceite que contienen. No afectando la existencia de recursos naturales no renovables.

11 Los residuos que se generan son mínimos en comparación con otros métodos, y son Libres de PCB s. La aplicación del método contribuye con la seguridad pública y el cuidado del medio ambiente, dado que se elimina un riego de contaminación potencial. Se descontaminaron con éxito a transformadores con concentraciones iniciales que se encontraban entre ppm y ppm, los que requirieron más de un tratamiento. 6. Bibliografía y referencias [1] Ley N Presupuestos Mínimos para la Ges tión y Eliminación de los PCBs [2] Resolución Nº 369/91 Normas para Uso, Manipuleo y Disposición Segura de Difenilos Policlorados y sus Desechos [3] Resolución Provincial Nº 066-SSMA-05 Declaración de Impacto Ambiental [4] Ley Nacional de Seguridad, Higiene y Medicina del Trabajo y Normas Complementarias Ley Nº /72 y Decreto N 351/79. [5] Norma EPA Nº 40 CFR Ch. I ( Edition). PART 761 Polychlorinated Biphenyls (PCB s) Manufacturing, Processing, Distribution in Commerce, and Use Prohibitions. [6] Estudios del Instituto de investigaciones de Energía Eléctrica de Estados Unidos (U.S. Electrical Power Research Institute - EPRI, 1989) [7] Ley Nº Residuos Peligros de la República Argentina. [8] Convenio de Basilea (1989): sobre el control de los movimientos transfronterizos, los residuos peligrosos y su eliminación. [9] Convenio de Estocolmo (2001): sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes. [10] Destruction and Decontamination Technologyes for PCB s and other Pop S Wastes Under De Basel Convention UNEP, October Agradecimientos Finalmente, se agradece al Sr. Ricardo Muncal, gerente de la empresa KIOSHI S.A., el aporte brindado y su contribución respecto de las experiencias en campo.