Fundamentos de la contaminación con agua

Este es el tercer artículo de la serie ABC del Análisis de Aceite y se centra en la detección y el monitoreo del contenido de agua. Mientras que generalmente sólo hay uno o dos métodos comúnmente utilizados para medir la mayoría de las propiedades del aceite, hay muchos métodos que pueden ser utilizados para detectar las concentraciones de agua en el aceite. Cada método es importante ya que puede ser efectivo en distintas situaciones. En este artículo discutiremos qué métodos están disponibles para determinar el contenido de humedad de una muestra de aceite usado y discutiremos sus fortalezas, debilidades y limitaciones.

El agua es tal vez el más dañino de todos los contaminantes, con excepción de las partículas sólidas. La presencia de agua a menudo es ignorada como la principal causa raíz de los problemas de la máquina. La excesiva contaminación con agua puede conducir a la degradación prematura del aceite, aumento de corrosión e incremento del desgaste.

Prueba visual de crepitación

La forma más simple de determinar la presencia de agua en el aceite es utilizar la prueba visual de crepitación. Esta es una prueba muy efectiva para determinar el agua libre y emulsionada por debajo de digamos 500 ppm, pero su mayor limitante es que la prueba no es cuantitativa y es bastante subjetiva; además es posible que se den falsos positivos cuando existen gases y solventes volátiles atrapados. Sin embargo, como herramienta de detección en laboratorio y en campo, la prueba de crepitación siempre tendrá un rol a desempeñar donde se requiera una respuesta rápida, ya sea afirmativa o negativa, de la presencia de agua libre y emulsionada.

Análisis FTIR

La Espectrometría Infrarroja por Transformadas de Fourier (FTIR) puede ser un método eficaz para analizar las muestras que contienen más de 1,000 ppm de agua, siempre que se cuente con una correcta línea de base del aceite para efectuar la sustracción espectral. Sin embargo, debido a su limitada precisión y a sus límites de detección comparativamente altos, FTIR no es el método adecuado en muchas situaciones en donde se requiere identificar concentraciones de agua por debajo de 1,000 ppm o de 0.1 por ciento.

Método de Destilación Dean & Stark

El método clásico para determinar la presencia de agua en el aceite es el método de destilación de Dean &Stark (ASTM D95-05). Este método de prueba es bastante laborioso y requiere una muestra relativamente grande para garantizar su precisión, por lo que rara vez se utiliza en los laboratorios comerciales de análisis de aceite actuales. El método implica la co-destilación directa de la muestra de aceite. A medida que el aceite se calienta, se evapora cualquier cantidad de agua presente. Los vapores del agua se condensan y se recogen en un tubo colector graduado, de modo que se puede medir el volumen de agua producido por la destilación en función del volumen total de aceite usado.

Humedad por Karl Fischer

La prueba de humedad por Karl Fischer es el método a elegir cuando se requiere determinar con precisión y exactitud la cantidad de agua libre, disuelta y emulsionada presente en una muestra de aceite. Sin embargo, existe una gran variedad de metodologías dentro de las pruebas de Karl Fischer.

Todos los procedimientos de Karl Fischer funcionan básicamente de la misma manera. Se hace la titulación de la muestra de aceite con un reactivo estándar de Karl Fischer hasta que se alcanza un punto final. La diferencia entre los métodos de prueba se basa en la cantidad de muestra utilizada para la prueba y en el método utilizado para determinar el punto final de la titulación.

El método de Karl Fischer más frecuentemente utilizado sigue la norma ASTM D1744 e implica una titulación volumétrica de la muestra, utilizando una celda potenciométrica para determinar el punto final. Si bien este método es confiable y preciso, puede haber problemas de reproducibilidad en bajas concentraciones de agua (200 ppm o menos). Además, la prueba puede estar sujeta a interferencias de aditivos sulfurosos (por ejemplo, aditivos tipo EP y AW) y sales ferrosas que pueden estar presentes debido a partículas de desgaste. Ambas sustancias reaccionan con el reactivo de Karl Fischer como si fueran agua y pueden dar un falso positivo, resultando en una exageración de la concentración del agua. De hecho, un aceite AW o EP nuevo, limpio y seco puede dar una lectura desde 200 hasta 300 ppm, debido a la reacción de los aditivos, más que por el exceso de humedad.

Recientemente, los laboratorios han cambiado a un método de titulación coulométrico descrito en la norma ASTM D6304. Este método es más confiable que el D1744 para bajas concentraciones de agua y es menos propenso a los efectos de interferencia, aunque, una vez más, los aceites aditivos AW y EP pueden mostrar hasta 100 ppm de agua como resultado de los efectos de los aditivos sulfurosos.

El método más confiable es el ASTM D6304, con co-destilación. Con el método de co-destilación, la muestra de aceite se calienta bajo vacío para que cualquier cantidad de agua presente en la muestra se evapore. Los vapores del agua se condensan y se disuelven en tolueno, que entonces se titula utilizando el procedimiento D6304. Debido a que en la muestra de aceite usado pueden estar presentes algunos aditivos y otros contaminantes disueltos o suspendidos, el agua condensada en el tolueno está libre de los efectos de interferencia y es un conteo real del agua presente en la muestra.

Otro método de Karl Fischer usado con menos frecuencia es el ASTM D1533, que se utiliza para determinar concentraciones de agua por debajo de 10 ppm en aceites de transformadores, en el que se emplea un reactivo coulométrico.

Kits de prueba de hidruro de calcio

Una de las formas más simples y más convenientes para determinar la concentración de agua en campo es mediante el uso de un kit de pruebas de hidruro de calcio. Este método emplea la conocida reacción del agua con hidruro de calcio sólido para producir gas hidrógeno. Debido a que la reacción ocurre estequiométricamente, la cantidad de gas hidrógeno liberado es directamente proporcional a la cantidad de agua presente en la muestra. Por lo tanto, el contenido de agua en la muestra se puede determinar midiendo el aumento de presión en un contenedor sellado debido a la liberación de gas hidrógeno, ya que cualquier contenido de agua en la muestra reacciona con el hidruro de calcio. Cuando se utilizan correctamente, estos kits de prueba miden con precisión desde 50 ppm de agua libre o emulsionada.

Medidores de saturación

Cuando la cantidad de agua presente en una muestra de aceite está por debajo del punto de saturación, se pueden utilizar los medidores de saturación (punto de rocío) para cuantificar indirectamente el contenido del agua. El punto de saturación en un aceite es simplemente el punto en el cual el aceite contiene tanta agua en estado disuelto como sea posible, a una temperatura dada. En este punto, el aceite está saturado o tiene una humedad relativa del 100 por ciento. La mayoría de los medidores de saturación utilizan un dispositivo capacitivo de película delgada, cuya capacitancia varía dependiendo de la humedad relativa del fluido en el que se encuentra sumergido. Los medidores de saturación han demostrado ser precisos y confiables en la determinación del porcentaje de saturación de aceites usados.

El mayor inconveniente de los medidores de saturación es el hecho de que el punto de saturación depende en gran medida de la temperatura, así como de la presencia (o ausencia) de sustancias polares, incluyendo aditivos, contaminantes y partículas de desgaste. Además, cuando los niveles de agua exceden el punto de saturación, por lo general de 200 a 600 ppm para la mayoría de los aceites industriales, los medidores de saturación no son capaces de cuantificar el contenido de agua con precisión. A pesar de estas limitantes, los medidores de saturación pueden ser una útil herramienta de tendencia en sitio para determinar la humedad, siempre y cuando se utilicen con frecuencia y de forma rutinaria.

El monitoreo y control de los niveles de agua en cualquier sistema de lubricación es importante. Ya sea que se trate de un motor a diésel grande, una turbina de vapor, un sistema hidráulico o un transformador eléctrico, el agua puede tener un importante efecto en la confiabilidad y en la longevidad del equipo. El monitoreo regular del agua, ya sea mediante una simple prueba de crepitación en sitio o una prueba de humedad en laboratorio por el método de Karl Fischer, debería convertirse en una herramienta estándar de monitoreo de condición. Pero tenga en cuenta que, como todas las pruebas, los métodos utilizados para detectar la presencia de agua en el aceite tienen tanto fortalezas como debilidades, así que asegúrese de seleccionar la prueba que cumpla con sus necesidades y los límites de detección deseados.

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