Humedad en el aceite expresada como actividad hídrica

/ NOTA DE LA APLICACIÓN
HUMEDAD EN EL ACEITE
MAYO DE 2009
Humedad en el aceite expresada como
actividad hídrica (aw)
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
Para ilustrar este concepto, considere
el siguiente aceite que pasa por una
reducción de temperatura de
40 °C:
6000
saturation point
5000
4000
ppm
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.
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.
3000
margin to
saturation point
2000
1000
0
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 aw: ~0,40
old saturation point
5000
ppm
4000
new saturation point
3000
2000
margin to
saturation point
1000
0
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 aw: ~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.
¿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.
6000
5000
4000
ppm
6000
3000
2000
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.
1000
old saturation point
free water
new saturation point
0
Punto de saturación anterior
Agua libre
Nuevo punto de saturación
¿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.
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:
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.
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.
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.
SHELL ARGINA X40
9000
8000
7000
6000
ppm
5000
new
4000
used
3000
2000
1000
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
aw
Para obtener más información, visite
www.vaisala.com o comuníquese con
nosotros a [email protected]
Ref. B210806ES-A ©Vaisala 2009
Este material está sujeto a la protección de derechos de autor, con
todos los derechos de autor que son propiedad de Vaisala y sus
socios individuales. Todos los derechos reservados. Todos los
logotipos o nombres de productos son marcas comerciales
registradas de Vaisala o sus socios individuales. La reproducción,
transferencia, distribución o el almacenamiento de la información
que aparece en este folleto en cualquier forma, sin el previo
consentimiento por escrito de Vaisala está estrictamente
prohibido. Todas las especificaciones, incluso las del área técnica,
están sujetas a cambio sin previo aviso.