CONTAMINACIÓN DEL ACEITE LUBRICANTE POR AGUA O AIRE.
INTRODICCIÓN.
El primer artículo de esta serie describe el deterioro que pueden
provocar las partículas sólidas suspendidas en el aceite lubricante [1]. El
presente artículo aborda los efectos de la presencia agua o aire en el aceite
lubricante, cómo detectarla y las formas de corregirla.
AGUA EN EL ACEITE LUBRICANTE [9] [11]
Después del desgaste abrasivo causado por partículas sólidas suspendidas
en el lubricante [1], el agua es el contaminante que más daño causa a engranes,
rodamientos y cojinetes de fricción. Es prácticamente imposible eliminar al
100% el agua retenida en al aceite. Puede estar presente desde los tanques de
almacenamiento o puede entrar a la caja como humedad del aire que penetra a
través del tapón de ventilación, a través de los sellos o los retenes, al abrir
las tapas de inspección o al desmontar la cubierta de caja. El agua en estado
líquido, ya sean gotas salpicadas por la lluvia o por fugas en las tuberías, o agua
del chorro usado para la limpieza, puede penetrar por retenes o sellos,
El agua puede combinarse con el aceite en alguno de los siguientes tres
estados:
Disuelta en el aceite, el nivel de saturación de agua
disuelta en aceite depende de la composición química del aceite [2], el nivel
de contaminación y la temperatura. Tendrán puntos más bajos de saturación los
aceites más limpios, de mayor calidad y con menos aditivos.
En emulsión, pasado el punto de saturación, el agua se
separa del aceite, formando pequeñas gotas en emulsión dentro del aceite; y
Libre, cuando la cantidad de agua sobrepasa el nivel
de emulsión, el agua y el aceite se separan. Debido a su mayor densidad, el
agua normalmente quedará en el fondo del depósito.
DAÑOS CAUSADOS POR EL AGUA.
La presencia de agua en emulsión o en estado libre en el aceite reduce
drásticamente la vida útil de engranes, rodamientos y cojinetes de fricción.
Sus efectos principales son:
·
Reducción
de la viscosidad y pérdida del grosor de la película lubricante, permitiendo desgaste
abrasivo por partículas, desgaste por adhesión entre las superficies e
incremento en los esfuerzos de contacto;
·
Corrosión de las superficies metálicas al
estar en contacto directo con el agua;
·
La
presencia de agua permite el desarrollo de microorganismos que se alimentan del
aceite y crean ácidos que promueven la oxidación prematura del lubricante,
incrementando los costos derivados de cambios más frecuentes de lubricante.
FORMAS DE DETECTAR LA PRESENCIA DE AGUA EN EL ACEITE [9] [13]
·
Calentarlo
a 130°C para observar el número de burbujas que se forman por la evaporación de
agua en emulsión;
·
Medir
el cambio de presión en presencia de un agente reactivo (hidruro de calcio);
·
Utilizar
sensores de humedad relativa;
·
Instalar
sistemas de monitoreo que reporten en tiempo real del nivel de saturación por cambios
en la temperatura;
·
Emplear
espectroscopía infrarroja mediante la función transformada de Fourier; y,
·
La
forma más efectiva para determinar la presencia de agua en los tres estados posibles
es la prueba de humedad Karl
Fischer.
COMO MITIGAR EL PROBLEMA [9] [14]
Aunque no podemos eliminar totalmente el agua disuelta en el aceite, hay
varias maneras en que se pude mitigar el problema:
·
Depósitos
de aceite diseñados para permitir que el agua en estado libre se asiente en el
fondo del recipiente para eliminarla desde allí. Este método no elimina el agua
disuelta o en emulsión;
·
Centrifugadores
que aceleran el proceso de asentamiento del agua en estado libre. Este método
tampoco elimina le agua disuelta o en emulsión;
·
Destiladores
en vacío, que evaporan el agua a una temperatura que no causa daño
significativo al aceite;
·
Deshidratadores
a base extracción de aire. Además de eliminar el agua libre y en emulsión,
reducen la cantidad de agua disuelta; y,
·
Filtros
a base de polímeros super absorbentes que atrapan el agua libre o en emulsión.
CONTAMINACIÓN POR AIRE [10] [15]
Las partículas suspendidas y el agua son los contaminantes más dañinos
en un sistema de lubricación, pero ciertamente no son los únicos. Debido a que
damos por hecho que el aire siempre estará presente, pocas veces prestamos la
debida atención a los daños que puede causar el aire cuando rebasa el nivel de
saturación en el aceite.
Las fuentes principales de la presencia excesiva de aire son:
·
La
contaminación de agua que reduce la tensión superficial del aceite, permitiendo
la división de burbujas mayores y formando burbujas más pequeñas que pueden
quedar suspendidas, promoviendo la oxidación prematura del aceite;
·
Pérdida
de aditivos antiespumantes o su presencia en exceso;
·
Penetración
de aire al sistema de lubricación por succión y/o filtraciones; y,
·
Mal
diseño del depósito de aceite
El aire puede encontrarse en el aceite en alguna de las siguientes
formas:
Solución de aire en el aceite. Son burbujas microscópicas disueltas
en el aceite. Debido al poco daño que provoca, resulta poco práctico tratar de
detectar o eliminarlo.
Aire atrapado en el aceite. Son burbujas poco mayores mezcladas
en el aceite, que le dan una apariencia nebulosa. Si se da suficiente tiempo de
reposo al aceite, las burbujas saldrán a la superficie, liberando el aire
atrapado. Aunque no hay consenso al
respecto, la hipótesis más aceptada considera que ésta es la forma que más daño
causa a los componentes mecánicos.
Los principales mecanismos que provocan que el aire quede atrapado en
aceite son:
·
La
caída de gotas de aceite desde grandes alturas permite que se formen burbujas
que quedan atrapadas en el aceite. Los sistemas de lubricación a base de
salpiqueo [2] deben incluir difusores y ductos que permitan que el aceite caiga
suavemente al regresar al depósito;
·
Las
filtraciones por succión o en los sellos de las bombas pueden permitir que el
aceite atrape burbujas de aire;
·
Si
hay un nivel de aceite bajo o si el depósito está mal diseñado, los componentes
giratorios parcialmente sumergidos pueden provocar agitación excesiva del
aceite, creando vórtices turbulentos y/o traslape del aceite sobre el aire; y,
·
Escurrideros
ventilados en los que el aire y el aceite se mezclan en su camino de retorno al
depósito de aceite.
Espuma. Formada por burbujas de aire atrapado que se
unen para formar burbujas mayores, que se mantienen unidas en la superficie del
aceite debido a la tensión superficial.
DAÑOS CAUSADO POR LA PRESENCIA EXCESIVA DE AIRE
Oxidación. Las burbujas de aire atrapadas en el aceite
crean una mayor superficie de contacto del aceite con el aire, promoviendo la
oxidación prematura del aceite.
Degradación Térmica. Mediante diversos mecanismos, el
aire mezclado en el aceite incrementa la generación de calor y los problemas
asociados a temperaturas de operación más elevadas.
Transferencia de calor disminuida. Tanto el aire atrapado como la
espuma interfieren en la capacidad del aceite para transferir y eliminar el
calor, agravando aún más el problema de la generación adicional de calor
descrito en el párrafo anterior, y contribuyendo al depósito de barniz en las
superficies de contacto.
Disminución del suministro de aceite. Hay varios factores que provocan una
disminución del suministro de aceite.
·
El
aceite se hace más compresible y difícil de bombear;
·
El
aceite se hace más ligero y pierde velocidad de vuelo, impidiendo que el aceite
salpicado llegue a todas las superficies que lo requieren;
·
La
densidad reducida incrementa la viscosidad aparente del aceite, haciendo más
lento el flujo por pasajes y ductos, e impidiendo que suficiente aceite llegue
a las superficies que lo requieren;
·
La
espuma de aceite de baja densidad puede crear un tapón de aire que bloquea el
paso del aceite. En combinación con el incremento en la viscosidad aparente,
este bloqueo puede dejar prácticamente secos a engranes, rodamientos y
cojinetes de fricción;
·
La
presencia de espuma puede hacer bajar el nivel del aceite líquido por debajo
del requerido por el sistema de lubricación.
Cavitación. Este fenómeno se debe a burbujas de vapor de
agua o de aceite que lanzan chorros que chocan a gran velocidad con superficies
de componentes en movimiento y las erosionan en puntos localizados. Aunque este
fenómeno no está ligado directamente con el aire, su presencia promueve la
formación de las burbujas de vapor.
CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN POR AIRE [10]
Como hemos visto, el aire disuelto no causa daños y la espuma viene
primordialmente de las burbujas de aire atrapado en el aceite, de manera que,
entre menos aire atrapado contenga, el aceite estará en mejor forma. El párrafo
de aire Atrapado (arriba) presenta varias formas de evitar que burbujas
de aire queden atrapadas en el aceite, ahora veremos algunas formas de
eliminarlas:
·
Mantener
los aditivos antiespumantes en buen estado;
·
Procurar
que las burbujas permanezcan granes y boyantes. Las burbujas pequeñas tardan
más en salir a flote y liberarse del aceite. Los filtros, bombas, rodamientos y
cojinetes de fricción trituran las burbujas, haciéndolas más pequeñas y
difíciles de liberar;
·
Dar
tiempo a que el aire salga a flote y se libere con:
o
Depósitos
mayores
o
Depósitos
con deflectores de flujo para evitar circuitos cortos de circulación
o
Usar
tanques de reposo para liberación de aire
·
Utilizar
tecnología y equipo que acelere la liberación del aire:
o
Someter
al depósito a un vacío ligero
o
Instalar
una cámara de vacío para liberar el aire y la humedad
o
Instalar
equipo con tecnología de vórtices de liberación de aire
o
Instalar
filtros coalescedores / separadores de aire en el depósito de aceite.
CONCLUSIÓN.
Además de la contaminación por partículas sólidas, el agua y el aire
pueden deteriorar y reducir la vida útil de engranes, rodamientos y cojinetes
de fricción. Debido a que sus efectos son más evidentes y fáciles de
diagnosticar, normalmente se pone mucha atención a la presencia de agua, pero
no debemos olvidar que el aire atrapado en el aceite o en forma de espuma, también
puede reducir la vida útil del lubricante y dañar seriamente los componentes
que requieren lubricación.
RECONOCIMEINTO:
Este artículo se basa primordialmente en los artículos escritos por
Jeremy Wright, Noria Corporation, publicados en la revista Machinery
Lubrication: Water Contamination in Lube Oils, julio del 2008 [9] y Air
Contamination and its Effects on a Machine´s Reliabbility, noviembre del 2008
[10]
Bibliografía:
[1] http://componentesmecanicos.blogspot.com/2022/04/
[2] https://componentesmecanicos.blogspot.com/2022/05/fundamenos-de-lubricacion-de-aceite.html
[3] https://www.machinerylubrication.com/Read/926/gear-oils
[4] https://www.machinerylubrication.com/Read/28956/lubricant-viscosity-index
[5] https://www.machinerylubrication.com/Read/799/oil-mist-lubrication
[6] https://www.machinerylubrication.com/Read/31107/oil-lubricant-additives
[7] https://www.machinerylubrication.com/Read/31106/polyalphaolefin-pao-lubricants
[8] https://www.machinerylubrication.com/Read/930/pag-synthetic-oil
[10] https://www.machinerylubrication.com/Read/1723/air-contamination
[11] https://www.machinerylubrication.com/Read/434/dissolved-water-oil-sensor
[12] https://www.machinerylubrication.com/Read/213/iso-viscosity-grades
[14] https://www.machinerylubrication.com/Read/503/removing-water-in-oil
