Bennett Fitch, Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latin America

Los lubricantes para maquinaria industrial tienen muchas funciones diferentes, incluida la protección contra la corrosión y el desgaste, la transferencia de los contaminantes a los filtros o la disipación del calor de las zonas calientes. La mayoría de los lubricantes tienen condiciones específicas donde pueden volverse inflamables, como cuando se producen llamas, chispas o se presentan condiciones de superficies calientes.

Esto se deriva principalmente de las propiedades de la base lubricante. Por esta razón, deben entenderse y controlarse estas propiedades lubricantes específicas y las condiciones ambientales. Más importante aún, el lubricante debe seleccionarse adecuadamente con las propiedades necesarias para mitigar los riesgos potenciales. Aquí es donde entran en juego los lubricantes llamados “fluidos resistentes al fuego”.

Ambientes que requieren fluidos resistentes al fuego

El fuego siempre debe tenerse en cuenta cuando el equipo funciona con un componente lubricado. Sin embargo, el riesgo de incendio puede ser mayor cuando el lubricante en uso tiene un punto de inflamación pobre y se encuentra cerca de fuentes de ignición o superficies calientes.

Cuando los lubricantes están presurizados, como en las líneas hidráulicas, existe el riesgo de pequeñas fugas y una fina pulverización de lubricante atomizado en el aire. Estas fugas pueden ser el resultado de una falla del componente en puntos como juntas, mangueras desgastadas y sellos, particularmente si los sistemas han sido sometidos recientemente a servicio o han estado operando por un largo período de tiempo.

Cuando se produce una fuga y se pulveriza el fluido, el sistema se vuelve más susceptible a los riesgos relacionados con el fuego. Si estos sistemas presurizados operan en un área donde hay llamas abiertas o cerca de equipos que funcionan a altas temperaturas, como en fábricas de acero, secadores u hornos rotatorios, existen las condiciones perfectas que podrían provocar un incendio catastrófico.

La combustibilidad inicial puede originarse en el fluido o en los vapores producidos por el fluido. En estos entornos de alto riesgo, los fluidos lubricantes están diseñados y especificados para cumplir con los estándares de resistencia al fuego.

Algunos ejemplos de industrias y equipos donde se recomiendan estos fluidos resistentes al fuego son: fundición a presión (prensas, hornos de equipos móviles y máquinas de troquelado); fundiciones (controles de hornos, máquinas de moldeo y extracción de núcleos); trabajo de metales (controles de hornos, laminadores, máquinas de soldar y equipos hidráulicos); operaciones de forja/extrusión (prensas y equipos móviles); minería (correas transportadoras, equipos móviles y equipos de minería continua); y centrales eléctricas (sistemas de control electrohidráulico y turbinas de vapor/gas).

Tipos de fluidos hidráulicos

Los tipos de fluidos hidráulicos se clasifican y definen dentro de la norma ISO 6743-4: 2015. Aquellos con propiedades resistentes al fuego, comúnmente llamados fluidos hidráulicos resistentes al fuego (FRHF, por sus siglas en inglés), están anidados dentro de este estándar y se dividen en seis categorías: HFAE, HFAS, HFB, HFC, HFDR y HFDU. Estos fluidos hidráulicos resistentes al fuego, junto con las categorías HFDS y HFDT, se muestran en la Tabla 1.

Cuando usar fluidos hidraulicos resistentes al fuegoTabla 1. Tipos de fluidos hidráulicos resistentes al fuego

Emulsiones de aceite en agua

Estas emulsiones están formuladas para sostener pequeñas gotas de aceite dispersas en agua conformadas por 95 por ciento de agua y 5 por ciento de aceite. Como la gran mayoría de la formulación contiene agua, existen diferencias significativas en comparación con un aceite hidráulico típico.

El contenido de agua puede ofrecer una excelente resistencia al fuego y capacidades de transferencia de calor, pero esto da como resultado propiedades de lubricación deficientes y pérdida de protección natural contra la corrosión.

Las emulsiones de aceite en agua tienden a depender de aditivos para proporcionar un nivel más apropiado de protección contra la corrosión. Debido a su baja viscosidad y capacidades limitadas de protección contra el desgaste, tienden a usarse solo en aplicaciones especiales que tienen requisitos de baja lubricidad.

Emulsiones de agua en aceite

Estas se llaman emulsiones inversas donde el aceite es mayoría. Pequeñas gotas de agua se dispersan en el aceite en proporción de 40 por ciento de agua y 60 por ciento de aceite. Esta formulación proporciona un paquete más equilibrado con buena resistencia al fuego y excelentes capacidades de transferencia de calor.

Aunque estas emulsiones tienen una mejor lubricación y protección contra la corrosión que las emulsiones de aceite en agua, todavía se necesitan aditivos para cumplir con los requisitos mínimos de lubricación para la mayoría de las aplicaciones.

Las emulsiones de agua en aceite tienen una apariencia lechosa y se fabrican comúnmente con viscosidades entre 100-120 centistokes y una gravedad específica de 0.92. Al igual que otros fluidos hidráulicos resistentes al fuego a base de agua, la resistencia al fuego se logra principalmente por el agua en la formulación.

Cuando se expone a altas temperaturas, el agua se convierte en vapor, lo que reduce la combustibilidad del aceite. Estas emulsiones también mantienen las gotas de agua en un tamaño suficientemente pequeño, por lo que la filtración sigue siendo una opción.

Soluciones de agua y glicol

A menudo llamadas soluciones agua-polímero, están formuladas con 60 por ciento de glicol y 40 por ciento de agua. Los lubricantes a base de glicol en estas soluciones ofrecen algunos beneficios, como un punto de congelación más bajo, mientras que el agua proporciona la resistencia al fuego y la capacidad de transferencia de calor.

También requieren aditivos para suministrar suficiente lubricidad y protección contra la corrosión y el desgaste. El glicol puede impartir una mayor detergencia natural e índice de viscosidad que la mayoría de las otras bases lubricantes. Sin embargo, existe el riesgo de incompatibilidad con otros fluidos, pinturas y recubrimientos, así como también una tendencia a adelgazamiento por cizallamiento cuando se usan mejoradores de índice de viscosidad.

Ésteres fosfatados

Las bases lubricantes sintéticas de éster fosfatado son algunas de las formulaciones lubricantes más resistentes al fuego. Tienen una resistencia al fuego inherente a las propiedades de su estructura molecular. Los ésteres fosfatados no son corrosivos, tienen una excelente estabilidad oxidativa y características antidesgaste, y proporcionan una operatividad de hasta 150 ºC.

También tienen buena lubricidad, particularmente en condiciones límite, y a menudo se producen con viscosidades desde ISO VG 22 hasta ISO VG 100. Su gravedad específica es más alta que la del agua. Sin embargo, los ésteres fosfatados tienen un índice de viscosidad muy bajo (menos de 60) y son susceptibles a la hidrólisis. Se utilizan con frecuencia para máquinas de fundición de aluminio a presión, hornos de fusión y aplicaciones de acerías.

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Otros fluidos hidráulicos resistentes al fuego de base sintética

Otros sintéticos, como los poliol éster y los poliéter glicol, tienen capacidades variables como fluidos hidráulicos resistentes al fuego. Para propósitos de resistencia al fuego, pueden no ser tan comunes como otros fluidos convencionales, aunque pueden ofrecer ventajas únicas, como un índice de viscosidad más alto y una excelente lubricidad.

Algunas opciones están formuladas con ésteres naturales para una mejor biodegradabilidad, propiedades de baja toxicidad y un punto de inflamación más alto que otros fluidos no acuosos resistentes al fuego. Los fluidos especiales como estos a menudo se entregan con un alto nivel de limpieza, lo cual es importante cuando se trata de cumplir con los objetivos de limpieza estándar para los sistemas hidráulicos controlados por servoválvulas.

Inflamabilidad

Factory Mutual (FM) proporciona aprobaciones y certificaciones para varios equipos de protección contra incendios. Los fluidos industriales se prueban utilizando el estándar FM 6930 para clasificar sus características de inflamabilidad.

Cuando usar fluidos hidraulicos resistentes al fuego4Tabla 2. Tres niveles de requisitos de inflamabilidad para
lubricantes según el estándar FM 6930

Estas evaluaciones pueden aclarar las limitaciones de ciertos fluidos hidráulicos empleados en aplicaciones donde se requieren propiedades resistentes al fuego. El estándar FM 6930 aprueba lubricantes que cumplen con uno de los tres niveles de requisitos de clasificación, identificados como grupo 0, 1 o 2 (mostrados en la Tabla 2). Tenga en cuenta que este estándar se limita a la inflamabilidad y no incluye ninguna otra consideración del fluido o lubricante.

Estas características de inflamabilidad se prueban utilizando los siguientes criterios de desempeño: determinación de la velocidad de liberación de calor químico de una pulverización altamente atomizada del fluido, medición del flujo de calor crítico para la ignición del fluido y cálculo del parámetro de inflamabilidad de pulverización del fluido (SFP, por sus siglas en inglés). Los fluidos elaborados a base de emulsión también deben cumplir con los requisitos de la evaluación de resistencia a la separación.

Mantenimiento de fluidos hidráulicos resistentes al fuego a base de agua

Cualquier formulación con mayores cantidades de agua será más propensa a las bacterias y otros crecimientos microbianos. Los tratamientos con biocidas deben equilibrarse cuidadosamente en estos sistemas, especialmente para las emulsiones de aceite en agua con 95 por ciento de agua. En las emulsiones, la relación entre el agua y el aceite base debe controlarse para preservar la resistencia al fuego efectiva.

Para mantener un nivel de agua adecuado se requiere de pruebas periódicas. Al restaurar las cantidades deseadas de agua, siempre consulte las especificaciones del fabricante del lubricante y las normas corporativas que rigen los protocolos de protección contra incendios.

Los fluidos hidráulicos resistentes al fuego a base de agua también deben verificarse periódicamente para determinar sus niveles de pH, corrosividad, protección contra el desgaste, condiciones controladas de almacenamiento y vida útil.

Control de la contaminación

Como con la mayoría de los lubricantes en aplicaciones industriales, los fluidos hidráulicos resistentes al fuego deben mantenerse limpios, frescos y secos. La estabilidad oxidativa y térmica variará mucho entre los diferentes tipos de fluidos. Se debe tener cuidado para mantener el aceite dentro de los rangos de temperatura aceptables.

El análisis de aceite a menudo es necesario para verificar niveles anormales de contaminación, concentraciones de agua indeseables, fluctuaciones del número ácido, partículas de desgaste u otros cambios en las propiedades físicas o químicas de la base lubricante y los aditivos.

También deben considerarse los factores ambientales al administrar el reservorio o tanque y otros puntos de ingreso. Los contaminantes pueden ingresar fácilmente al sistema cuando el fluido fluctúa en el depósito durante la operación. Estos contaminantes no solo pueden afectar la funcionalidad del sistema, sino que incluso pueden alterar algunas propiedades de resistencia al fuego.

Los respiradores con desecantes y filtros de partículas deben tener el tamaño adecuado para proteger al fluido de estos contaminantes en el aire. No olvide sellar los puntos de entrada en el espacio superior; de lo contrario, el aire simplemente fluirá por el camino de menor resistencia, que puede no ser a través del elemento respirador.

La filtración es crucial para mantener la longevidad de la mayoría de los sistemas hidráulicos, particularmente válvulas, sellos de actuadores y bombas. Los fluidos hidráulicos resistentes al fuego se pueden manejar de la misma manera que los otros tipos de fluidos, incluso aquellos que son a base de agua.

Primero, cumpla con los requisitos mínimos de filtración y las limitaciones definidas por el fabricante tanto del equipo como del fluido hidráulico. Luego, realice los ajustes apropiados a estas recomendaciones para satisfacer los objetivos de limpieza establecidos por su programa de confiabilidad.

Consideraciones durante los cambios

Un cambio de lubricante en cualquier aplicación no debe completarse sin una cuidadosa consideración del grado de compatibilidad cruzada y la cantidad de fluido residual en el sistema. La actualización a un sistema con un fluido resistente al fuego o el cambio a un tipo diferente de aceite base requerirá de atención adicional.

Siempre drene el fluido mientras el sistema aún esté caliente y haga todo lo posible para purgar todo el fluido de cualquier cavidad, recoveco y grieta.

Sustituya todos los filtros y cualquier otro componente que tenga alguna cantidad de fluido residual. Al cambiar a un fluido diferente, siempre considere la compatibilidad de los materiales de sellado, pinturas y otros recubrimientos, especialmente para fluidos a base de sintéticos.

En general, es aconsejable hacer circular un fluido de lavado adecuado con una carga mínima o nula para extraer la mayor cantidad de fluido restante de la carga anterior. Luego, llene el sistema al nivel correcto con el fluido resistente al fuego especificado.

La norma ISO 7745 proporciona procedimientos generales de lavado y cambio, así como consideraciones específicas de cambio por problemas de viscosidad, lubricación, densidad y compatibilidad para cada combinación de bases lubricantes de fluidos hidráulicos resistentes al fuego. Además, siempre consulte con los fabricantes de fluidos para obtener información de compatibilidad.

Beneficios y desventajas

El fluido hidráulico requiere una capacidad de lubricación única para poder trabajar bajo presión y mitigar una variedad de riesgos, incluido el fuego. Estos riesgos y el modo en que el fluido opera a presiones más altas pueden facilitar la justificación del uso de un fluido resistente al fuego.

El aceite base será crucial, ya sea un sintético como un éster fosfatado, que resiste naturalmente la combustión, o un fluido a base de agua, que se basa en la evaporación del agua para crear vapor y sofocar cualquier potencial de fuego inminente. Sin embargo, sigue siendo responsabilidad de la persona que selecciona el fluido para cada aplicación el considerar cuidadosamente todos los factores necesarios. Esto sin duda incluirá viscosidad, índice de viscosidad, estabilidad a la oxidación, estabilidad térmica y protección antidesgaste y anticorrosión.

Los sistemas hidráulicos que funcionan con fluidos resistentes al fuego a menudo necesitarán algunas modificaciones, como acortar o ensanchar las líneas de entrada para evitar la cavitación o emplear ciertos tipos de filtros para fluidos a base de agua. En cualquier caso, la selección de fluidos hidráulicos resistentes al fuego ha demostrado ser una decisión crítica para minimizar los riesgos de incendio y evitar fallas catastróficas en los equipos.

Referencias

Townsend, F. y Baker, P. “Factors Relating to the Selection and Use of Fire-Resistant Fluids in Hydraulic Systems”. Hydraulic Pneumatic Power, abril de 1974.

Estándar ISO 7745. Fluidos hidráulicos de potencia. Fluidos resistentes al fuego – Requisitos y directrices de uso.

Jagger, S., et. Alabama. “Evaluación de la resistencia al fuego del fluido hidráulico”. Machinery Lubrication, septiembre de 2007.

FM Global Technologies LLC, Factory Mutual, Estándar de aprobación para la clasificación de inflamabilidad de fluidos industriales. Número de clase 6930, enero de 2002.