La guerra del vapor: cómo la intrusión del agua compromete el rendimiento del lubricante y la fiabilidad de la máquina

Introducción: Agua – El saboteador furtivo del lubricante

La contaminación del agua sigue siendo la segunda causa más prevalente de fallas relacionadas con lubricantes después de la entrada de partículas. Con una solubilidad que va desde 50 ppm en aceites minerales hasta 1.500 ppm en algunos productos sintéticos, la presencia de agua a menudo no se detecta hasta que se manifiesta el daño. Este artículo examina las complejas interacciones del agua con la química y tribología de lubricantes, respaldadas por datos empíricos sobre aceleración de fallas y tecnologías de mitigación de vanguardia.

Sección 1: Formas y vías de entrada del agua

1.1 Mecanismos de Intrusión Comunes

• Condensación: El ciclo de temperatura en los depósitos atrae aire húmedo a través de respiradores. Un depósito de 1000L que experimenta ciclos diarios de 20°C ingiere 200 ml/año de agua en entornos de 60% de humedad relativa.

• Ingreso de sello: Los sellos de varilla desgastados en cilindros hidráulicos permiten la entrada de agua durante el funcionamiento lluvioso. Los rodamientos sumergidos en bombas sufren permeación de sellado.

• Fugas de enfriador: Los defectos en los intercambiadores de calor aceite-agua contaminan un 40% más de los sistemas que las fuentes externas.

• Agua del proceso: Las fábricas de acero, las máquinas de papel y el procesamiento de alimentos exponen los lubricantes al contacto directo con el agua.

1.2 Los tres estados del agua derivada del petróleo

• Disuelto: Dispersión molecular (< 50-500 ppm). Invisible; requiere la titulación de Karl Fischer para la detección.

• Emulsificado: Gotitas de 0,1-10 µm estabilizadas por tensioactivos. Causa niebla persistente. La forma más dañina.

• Agua libre: Capas o gotas depositadas > 20 um. Promueve el crecimiento microbiano.

Tabla: Solubilidad en agua por tipo de aceite base

Sección 2: Rutas de Degradación Fisicoquímica

2.1 Hidrólisis de lubricantes a base de éster

Los ésteres sintéticos, comunes en compresores y lubricantes biodegradables, se someten a hidrólisis:
RCOOR’ H₂O → RCOOH R’ OH
Los ácidos carboxílicos (RCOOH) generados catalizan una hidrólisis adicional, creando una degradación fugaz. Se documentan picos de número de ácidos de 0,1 a 4,0 mg de KOH/g en 500 horas de funcionamiento en fluidos de turbina contaminados con agua. Esta oleada de ácido corroe los componentes de cobre y ataca los recubrimientos de depósitos epoxi.

2.2 Separación de fases aditivas

El agua compite con los aditivos polares por la solubilidad. Consecuencias comunes:

• Desmulsionantes migrar a gotas de agua, perdiendo el control de la espuma

• Inhibidores de la oxidación (por ejemplo, sulfonato de calcio) se hidroliza en alcoholes ineficaces

• ZDDP anti-desgaste forma precipitados de hidróxido de zinc

En los aceites de engranajes, el 0,2% de agua causa un agotamiento del 60% de ZDDP en 100 horas, verificado mediante espectroscopia XANES.

2.3 Pérdida de viscosidad estructural

Las gotas de agua emulsionadas interrumpen la reología del lubricante:

• VI mejoradores cizalladura delgada cerca de interfaces agua/aceite

• Las bobinas de polímero se contraen, reduciendo el grosor de la película hidrodinámica

• La viscosidad efectiva disminuye de 1 a 2 grados ISO al 0,1% de agua emulsionada

Los rodamientos de diario experimentan un espesor mínimo de película reducido en un 25%, lo que eleva la probabilidad de contacto con el metal.

Sección 3: Mecanismos de daño mecánico

3.1 Fatiga por corrosión

El agua inicia la corrosión electroquímica:

1. Reacción anódica: Fe → Fe²⁺ 2e⁻

2. Reacción catódica: ½O₂ H₂ O 2e ⁻ → 2OH⁻
   Los pozos de corrosión forman sitios de concentración de tensión (Kt > 3). Bajo cargas cíclicas (rodamientos, engranajes), las grietas se inician desde las bases del pozo. La investigación muestra resistencia a la fatiga de la corrosión 35-60% en entornos contaminados con agua frente a condiciones secas.

3.2 Cracking inducido por hidrógeno

Hidrógeno atómico (H) ⁺) generado a partir de la descomposición del agua penetra el acero:

• Se difunde a lo largo de los límites de grano

• Recombina como H ₂ en voids, creando > Presión de 10.000 psi

• Induce ampollas y grietas graduales

La evidencia micrográfica revela fracturas intergranulares en los dientes de engranajes de turbinas eólicas con concentraciones de hidrógeno superiores a 5 ppm.

3.3 grietas de grabado blanco (WEC)

La contaminación del agua es un acelerador primario de los WEC en rodamientos:

1. El agua interrumpe las películas EHL → Contacto con asperity

2. Temperaturas locales > 800°C generar martensita

3. El hidrógeno del agua se difunde en una estructura transformada

4. El microcracking frágil se propaga a lo largo de las rutas de disolución de la cementita

Los fallos WEC ocurren en 15 - 20% de la vida útil calculada de L10 en sistemas contaminados con agua.

Sección 4: Tecnologías avanzadas de detección y eliminación

4.1 Tecnologías de detección

• Sensores de Capacitancia: Detectar desplazamientos constantes dieléctricos (εwater=80 vs. εoil=2.2)

• Espectroscopia NIR: Identifica las concentraciones de agua de la absorción de O-H a 1.940 nm

• Impedancia de RF: Medir los cambios de resistividad de iones disueltos

4.2 Sistemas de eliminación

• Cámaras de deshidratación al vacío: Reducir el agua a < 50 ppm mediante ebullición a 50 mbar

• Separadores de coalesción: Eliminar el agua emulsionada a 200 ppm

• Filtros de profundidad de celulosa: Absorbe agua libre mientras atrapa partículas

• Membranas avanzadas: Las membranas hidrófobas de PTFE bloquean el agua mientras permiten el flujo de aceite

Sección 5: Estrategias de protección específicas de la industria

5.1 Turbinas marinas

• Utilizar lubricantes PAG (alta tolerancia al agua)

• Instalar respiradores desecantes con alarmas de saturación del 90% RH

• Prueba mensual de Karl Fischer

5.2 Aceites para máquinas de papel

• Aplicar separadores de agua centrífugos en líneas de circulación

• Especifique los aceites con desmulsibilidad < 15 minutos a ASTM D1401

• Evite los aditivos de zinc para prevenir la formación de depósitos

5.3 Hidráulica móvil

• Seleccionar fluidos a base de éster hidrófobos

• Integrar filtros spin-on que absorben agua

• Utilizar diseños de depósito tipo cubo para minimizar el contacto con el aire

Conclusión

Combatir la contaminación del agua requiere entender sus estrategias de ataque multifacéticas, desde la descomposición química hasta el daño mecánico. La tecnología moderna de sensores permite la monitorización de la humedad en tiempo real, mientras que los sistemas avanzados de deshidratación mantienen la sequedad del lubricante. Con rodamientos que funcionan al 0,1% de contaminación del agua que muestran una vida útil reducida de 5 veces en comparación con los del 0,01%, la búsqueda de la lubricación ultraseca no es teórica. es un imperativo de fiabilidad.