/ NOTA DE LA APLICACIÓN

HUMEDAD EN EL ACEITE MAYO DE 2009

Humedad en el aceite expresada como actividad hídrica (aw)

Todo fluido tiene la capacidad de retener cierta cantidad de agua disuelta. La cantidad máxima de agua que un determinado fluido puede contener en solución se conoce como el punto de saturación. Una vez que el fluido haya alcanzado su punto de saturación, cualquier excedente de agua que se introduzca se separará como agua libre formando una capa distinta. Debido a que la mayoría de aceites son menos densos que el agua, generalmente la capa de agua se asentará por debajo del aceite.

El punto de saturación del aceite es una función de muchos factores distintos tales como la composición de su base (mineral o sintético) así como el tipo de aditivos presentes. Además de estas diferencias en la composición inicial, el punto de saturación de un aceite variará durante su vida útil como fluido de trabajo. Dos factores principales que influyen en el punto de saturación de un aceite a medida que este envejece son, las fluctuaciones en temperatura así como los cambios en la composición química debido a la formación de nuevas sustancias producidas como productos derivados de reacciones químicas que ocurren dentro de un sistema dinámico de aceite.

La unidad de medida tradicional para cuantificar el contenido de agua en el aceite ha sido ppm (partes por millón). ¿Cuál es el significado de una medición de ppm? Por definición, ppm es un parámetro de humedad absoluta que describe la relación de volumen o masa entre el agua y el aceite:

Por volumen: 1 ppm(v)agua = 1 ml de agua / 1 m3 de aceite

O

Por masa: 1 ppm(w)agua = 1 g de agua / 1.000 kg de aceite

Al medir activamente los niveles de ppm del agua en el aceite, se puede determinar la cantidad absoluta de agua. Sin embargo, una medición de ppm tiene una limitación importante, no tiene en cuenta ninguna variación en el punto de saturación de un aceite. En otras palabras, en un sistema dinámico de aceite con un punto de saturación fluctuante, una medición de ppm no proporcionaría ninguna indicación de qué tan cerca está el nivel de humedad al punto de saturación del aceite. Esto se vuelve aún más crítico cuando el contenido de agua se aproxima al punto de saturación del aceite, provocando el riesgo de exceder el punto de saturación y de formar agua libre: un contaminante destructivo para casi todas las aplicaciones de aceite.

Para ilustrar este concepto, considere el siguiente aceite que pasa por una reducción de temperatura de 40 °C:

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

pp

m

margin to saturation point

saturation point

Temperatura del aceite lubricante de la caja de engranajes: 70 °C Punto de saturación: 5.000 ppm Cantidad real de agua en el aceite: 2.000 ppm a

w: ~0,40

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

pp

m

margin to saturation point

old saturation point

new saturation point

Temperatura del aceite lubricante de la caja de engranajes: 30 °C Punto de saturación: 3.000 ppm Cantidad real de agua en el aceite: 2.000 ppm a

w: ~0,67

aw: 0,67

La ilustración muestra que el punto de saturación del aceite a 70 °C es 5.000 ppm. La cantidad de agua en este aceite es de 2.000 ppm. Esto significa que el aceite puede retener otras 3.000 ppm más de agua antes de que el aceite se sature. Esto algunas veces se conoce como el “margen” para el punto de saturación.

Cuando la temperatura de este aceite disminuye a 30 °C, el punto de saturación del aceite también se reduce a 3.000 ppm. Observe que la cantidad de agua en el aceite no ha cambiado (sigue siendo de 2.000 ppm). Sin embargo, el margen para el punto de saturación se ha reducido a 1.000 ppm.

En este escenario, si un operador solo estuviera midiendo las ppm, él no vería ningún cambio en la cantidad de agua presente (2.000 ppm) aunque el margen se haya reducido drásticamente y el punto de saturación se haya movido y ahora esté más cerca del contenido de agua, creando así un mayor riesgo de formación de agua libre.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

ppm

free waternew saturation point

old saturation point

¿Qué es la actividad hídrica (aw)?La actividad hídrica es la cantidad de agua en una sustancia en relación a la cantidad total de agua que puede retener. Se define como:

aw = p / p0

donde

p = la presión parcial del agua en una sustancia que está arriba del material

p0 = la presión de saturación del vapor del agua pura con la misma temperatura

En el ejemplo anterior, aw cambia como una función del punto de saturación (p0, el denominador). aw también cambiará como una función del contenido real de agua en el aceite, esto es, el agua que ingresa o se separa del aceite. En otras palabras, aw siempre proporcionará una indicación real del margen para el punto de saturación.

Si bien es posible obtener una correlación entre aw y ppm de cualquier aceite, la validez de esta relación durante su tiempo de vida útil en un sistema dinámico de aceite, por ejemplo en el aceite lubricante, se reducirá. Como se mencionó anteriormente, con la vejez, un fluido experimenta cambios en la composición debido a las reacciones químicas que ocurren, que no solo afectan su punto de saturación sino también su relación con aw. Este fenómeno se puede ver en la gráfica de la página siguiente.

¿Qué pasaría si después de un año, debido al deterioro del aceite, el punto de saturación se redujera aún más a 1.500 ppm? En este caso, ya no existe un margen de saturación puesto que el contenido de agua ahora es mayor que el punto de saturación.

Como se dijo antes, el operador continuaría leyendo un contenido de humedad de 2.000 ppm, a pesar de que el punto de saturación ya se ha reducido a 1.500 ppm dando como resultado 500 ppm de formación de agua libre.

Al medir la actividad hídrica en vez de las ppm, se pueden evitar los problemas anteriores.

Punto de saturación anterior Agua libre Nuevo punto de saturación

proporcional a la actividad hídrica del fluido. Los beneficios relacionados con este tipo de tecnología son la capacidad de instalación en línea directa, un tiempo de respuesta muy rápido y una buena durabilidad química adecuada para un amplio rango de fluidos.

Los buenos candidatos para beneficiarse de esta tecnología en línea incluyen aplicaciones que involucran grandes sistemas de aceite o hidráulicos tales como la lubricación de una máquina papelera, el funcionamiento de la turbina y del transformador y los fabricantes del sistema de recuperación de aceite. Con tantas instalaciones de fabricación en la actualidad que utilizan algún tipo de programa de mantenimiento predictivo diseñado para prevenir el tiempo fuera de servicio de las máquinas y prolongar la vida útil del equipo, una medición continua y en línea de la humedad se vuelve parte integral de este plan de manejo del fluido.

Para obtener más información, visitewww.vaisala.com o comuníquese con nosotros a sales@vaisala.com

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Esta gráfica (a continuación), generada con los datos de prueba del aceite de un motor náutico, compara la diferencia entre un aceite nuevo y otro usado. Debido a la migración continua en la relación entre aw y ppm por la antigüedad, es difícil mantener una correlación válida durante la vida útil de un aceite.

Mientras que distintos métodos distintos para medir la humedad en el aceite, los cuales están disponibles en el mercado actual, la tecnología más reciente para medir la actividad hídrica en línea utiliza un sensor tipo capacitivo que opera en un principio de absorción.

El sensor es un condensador que consta de un electrodo superior y otro inferior, con un material aislante en el medio llamado dieléctrico. El dieléctrico absorbe y desabsorbe las moléculas de agua, cambiando la constante dieléctrica y por consiguiente, la capacitancia del sensor. La absorción de agua es

En conclusión, mientras que la unidad de medida tradicional para expresar el contenido de humedad en fluidos ha sido las ppm, medir aw puede ofrecer una imagen más completa de la condición de un fluido:

1. Sin importar el punto de saturación del fluido, una lectura de aw siempre proporcionará una indicación real del riesgo de formación de agua libre.

2. A medida que el punto de saturación aumenta o disminuye por cualquier motivo (es decir, temperatura, antigüedad, cambio en las propiedades físicas), aw refleja de manera precisa el nuevo marcen de saturación.

3. aw es independiente del fluido que se está midiendo. Debido a que aw aplica a todos los líquidos y sólidos, se puede utilizar de manera universal para todas las sustancias sin importar la composición química o las características físicas.

SHELL ARGINA X40

0

1000

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7000

8000

9000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1aw

ppmnew

used