Detección de agua en aceites utilizados en máquinas papeleras

El aceite contaminado con agua es un problema común en los sistemas de recirculación de aceite usados en máquinas papeleras. Este artículo nos indica cómo puede ocurrir esa contaminación y menciona los métodos para prevenirla y removerla.

Introducción

La experiencia nos dice que no existe un aceite para rodamientos que pueda protegerlos completamente contra los efectos de la humedad. Los aceites contaminados con agua sufren una serie de problemas, siendo los más serios la corrosión y degradación del lubricante. Cantidades relativamente pequeñas de agua pueden tener drásticos efectos sobre la vida de los rodamientos.

La experiencia nos sugiere que niveles de contaminación tan bajos como 0.02 por ciento de agua (200 partes por millón, ppm) pueden afectar la vida de los rodamientos. La relación entre la contaminación y la reducción de la vida de los rodamientos es no linear y compleja. Factores como tipo de aceite/solubilidad, paquete de aditivos, nivel de degradación, etc., afectan la susceptibilidad del lubricante hacia este problema.

Los rodamientos usados en la industria del papel están particularmente propensos a este problema debido a la naturaleza de su aplicación. Hay muchas fuentes posibles de contaminación, incluyendo:

Fugas de vapor por juntas
Tanques de aceite abiertos a la atmósfera o propensos a condensación
Rociado con agua de lavado

Los sistemas de lubricación relacionados con sellos húmedos de aceite en las máquinas de papel son particularmente vulnerables. La naturaleza del proceso de fabricación de papel implica que el aire es esa área esté cargado de humedad. Los alojamientos de los rodamientos por lo general están más calientes que la atmósfera que los rodea y la mayoría de las veces utilizan sellos que brindan poca protección contra el rociado de agua de lavado.

En algunos casos se ha encontrado que los aireadores en los cabezales de drenaje colocados para facilitar el retorno del aceite al tanque, contribuyen con la contaminación del aceite con humedad.

Problemas en el transporte, almacenamiento y manejo de los lubricantes pueden contaminar los aceites “nuevos” con niveles de hasta 1,000 ppm de agua.

Numerosos casos de estudio han demostrado los efectos detrimentales que el agua tiene sobre las características de desgaste de los equipos rotativos e hidráulicos. El aceite, cuando se mezcla con agua, pierde algunas de sus propiedades de lubricación. La película de aceite entre los elementos rotativos en un rodamiento es un factor crítico en la vida de los rodamientos. La presencia de agua en el aceite reduce el espesor de la película de lubricante.

Figura 1. Izquierda: grasa nueva. Derecha: grasa con apariencia lechosa como resultado de la contaminación con agua.

Agua en el aceite

El agua en el aceite puede encontrarse de varias maneras:

Agua libre: Típicamente el agua libre se asienta en el fondo del tanque de aceite. Este factor es tomado en cuenta cuando se diseñan los tanques empleados en sistemas de circulación de las máquinas papeleras. El tamaño del tanque debe ser tal que permita que el aceite permanezca dentro del tanque por lo menos 30 minutos; esto provocará que el agua se asiente en el fondo antes de que el aceite sea recirculado nuevamente. Esto significa que la capacidad del tanque debe ser igual a 10 veces la tasa de flujo de la bomba. De hecho, para los sistemas de circulación de aceite para sellos húmedos, algunos fabricantes recomiendan un tamaño de tanque que garantice un tiempo de retención de 60 minutos.

Agua emulsionada: El agua emulsionada existe como finas gotas suspendidas en el aceite. Se caracteriza por la apariencia blanca o nebulosa que se observa a menudo en los sistemas contaminados. Las burbujas tienen un tamaño de entre 5 y 10 micrones de diámetro. Las emulsiones con agua son el resultado de una serie de eventos:

Uso de bombas con pequeñas tolerancias que generan alto corte
Elevada velocidad en las tuberías
Media filtrante muy fina (menor tamaño de poro)
Paquetes de aditivos emulsificantes (forman emulsiones con agua)

Agua disuelta: El aceite, al igual que el aire, puede mantener agua en solución, hasta su nivel de saturación, lo cual depende del tipo de aceite y de la temperatura. Los aceites que contienen agua disuelta pueden tener una apariencia clara y brillante, pero una vez que se excede el punto de saturación, el aceite adquiere una apariencia nebulosa o “lechosa”.

Métodos de detección

Existen varios métodos para detectar y medir la presencia de agua en el aceite, los cuales van desde los altamente subjetivos hasta los métodos de laboratorio sofisticados que ofrecen un alto grado de precisión y exactitud.

Existen marcadores fluorescentes que permiten al usuario determinar la cantidad de agua presente por el grado de fluorescencia. Sin embargo, este método realmente es adecuado sólo para confirmar una condición sospechosa. La experiencia ha demostrado sus limitaciones en cuanto a repetibilidad y precisión.

Un método más preciso consiste en extraer el agua en forma de vapor y cuantificar la cantidad. Al menos un proveedor de sistema de lubricación ofrece esta tecnología a las plantas de pulpa y papel para su utilización. Este método brinda una precisión de hasta 0.01 por ciento.

Los proveedores de filtros y aceite suministran servicios de análisis de aceite. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que la toma de muestras no se realiza con la frecuencia adecuada, suficiente para poder prevenir daño en las pistas de los rodamientos. Este daño, con el tiempo, puede generar en una falla catastrófica.

Previniendo la contaminación

Si lugar a dudas, las mejor manera de evitar estos problemas relacionados con el agua es previniendo que ocurra la contaminación. Los esfuerzos invertidos en esta área pueden tener un impacto significativo en la confiabilidad y disponibilidad de las máquinas papeleras.

Uniones (juntas) de vapor: Las fugas por las uniones o juntas de vapor son la mayor fuente de contaminación con agua. Normalmente, el vapor que fuga va dirigido contra los alojamientos de los rodamientos en la parte posterior de la sección del secador. El condensado resultante contamina el sistema de lubricación. Algunas planta utilizan deflectores para prevenir esto. La mejor solución es evitar tener fugas de vapor.

Sellos: La mayoría de los alojamientos de los rodamientos están equipados con sellos del tipo laberinto que no permiten que el agua pase a través de los alojamientos del rodamiento. El uso de deflectores o escudos fijos permite una mayor protección a los rodamientos.

Inspecciones: Revise los retornos de los sistemas de lubricación por roturas o aberturas que puedan permitir el ingreso de agua o vapor de agua dentro del sistema. Tales problemas son comúnmente encontrados en los respiraderos. Revise en forma rigurosa las tuberías para detectar la presencia de roturas o agujeros.

Intercambiadores de calor aceite/agua: El propósito de estas unidades es enfriar el aceite cuando éste regresa al tanque. El diseño de los sistemas modernos suele ser tal que la presión del aceite es mayor que la presión del agua de refrigeración, por lo que cualquier fuga resulta en una contaminación de agua con aceite, en lugar de que ocurra lo contrario. Fugas de este tipo pueden ser un problema muy serio, pero generalmente de una clase diferente (por ejemplo: medio ambiente).

Algunos tanques viejos emplean serpentines de vapor para calentar el aceite previo a su utilización en la máquina. En caso de que se presenten fugas por los serpentines, estas ingresan en el aceite y una solución a corto plazo para detenerlas sería apagar los calentadores. Sin embargo, enviar aceite frío a los rodamientos puede traer problemas de lubricación, y apagar los calentadores no puede ser una solución permanente. Los sistemas modernos tienden a utilizar calentadores eléctricos de inmersión para evitar estos problemas.

Arrastre de aire: El aceite regresa al tanque a una temperatura mayor que el ambiente que lo rodea. La humedad, contenida en el aceite que retorna al tanque o en el aire que lo rodea, puede condensarse en el espacio superior que se encuentra encima del nivel de aceite en el tanque. Si el diseño del tanque no permite un tiempo de retención lo suficientemente extenso para permitir que ocurra la sedimentación del agua, está terminará contaminando el aceite en el tanque. Una solución es pasar aire filtrado a través de dicho espacio por medio de un ventilador de extracción. Algunos proveedores de sistemas utilizan aire seco de instrumentos para acondicionar el aire en el espacio superior.

Cómo eliminar la contaminación

Hay varios métodos con los cuales podemos eliminar la contaminación con agua. Entre ellos están:

Deshidratadores por vacío: El aceite contaminado es calentado al vacío. Esta acción reduce el punto de ebullición del agua. El agua contenida en el aceite (libre y emulsionada) es así convertida en vapor, el cual es condensado y retirado del aceite. A diferencia de otros métodos, este proceso no remueve los aditivos del aceite, y el aire y otros gases no condensables son eliminados a través de la bomba de vacío. Existen en el mercado muchos equipos que utilizan este proceso y en algunos casos vienen además equipados con filtros para la eliminación de partículas. Estos sistemas suelen ser evaluados en función de su capacidad total de remoción. Sin embargo, la eficiencia en la eliminación del agua va a depender del nivel de vacío aplicado. Como resultado, la eficiencia en la remoción de agua puede variar de un equipo a otro.

Eliminadores centrífugos: Las centrífugas son efectivas eliminado agua libre e inefectivas eliminado agua emulsionada o disuelta, las cuales no pueden ser separadas por efecto de la gravedad. Las centrífugas también están limitadas en su aplicación debido a su poca efectividad para eliminar los gases y el aire presentes en los sistemas de lubricación. En ocasiones, las centrífugas se perciben como equipos que requieren un mantenimiento especializado.

Otros métodos: Los separadores coalescentes aceleran el proceso que el agua y el aceite realizan naturalmente (es decir, separase). Esto se logra con el uso de filtros (conocidos como media coalescente) fabricados con materiales conocidos como hidrofóbicos (repelen el agua) y oleofílicos (atraen el aceite). Estos hacen que el aceite forme gotas que flotan sobre la superficie en la cámara de separación, formando efectivamente dos zonas de líquidos en la cámara. El aceite separado fluye hacia una cámara de recolección para su remoción, mientras que el agua fluye por debajo del aceite y es descargada en forma continua. Las partículas sólidas también se sedimentan a través de la media filtrante y son recolectadas en un tanque de lodos.

Otra clase de filtros son los que utilizan una media filtrante absorbente para eliminar agua libre y emulsionada a medida que el aceite pasa a través de los filtros de cartucho. Tales métodos son considerados por algunos como complicados por la necesidad de cambiar periódicamente los filtros y por la incertidumbre de la operación.

Conclusiones

La presencia de agua en los lubricantes es perjudicial para la vida de los rodamientos. La mejor forma de prevenirla es evitando que el aceite se contamine con agua, en lugar de utilizar técnicas para su remoción. Sin embargo, si no se cuenta con los recursos para prevenir el ingreso de humedad, entonces el dinero se gastará en las tecnologías de remoción.

Los sistemas de remoción de agua varían en costos y efectividad, y su selección depende de los requerimientos específicos y de la disponibilidad de los recursos. Los gastos relacionados con mantener la humedad fuera de los equipos tendrán sus retornos en el incremento de la disponibilidad de los equipos. De esta manera se reduce la necesidad de disponer de personal dedicado al remplazo de rodamientos por situaciones de emergencia, lo que también compromete las actividades planeadas de mantenimiento y los problemas que puedan surgir como resultados de esas actividades no planificadas en el tiempo.

Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.