El agua es un gran enemigo de los motores diésel│ Motor y vehículo Donaldson

El combustible diésel siempre contendrá un determinado porcentaje de agua. El objetivo es mantener los niveles de agua dentro de límites aceptables, muy por debajo del punto de saturación. Eliminar el exceso de agua del combustible puede ser un desafío; por lo tanto, el enfoque más efectivo es tomar todas las medidas razonables para evitar la entrada de agua a su depósito y controlar el estado del depósito periódicamente. De esta forma, la necesidad de eliminar el agua se puede reducir al mínimo. Para desarrollar una buena estrategia de gestión del agua, es importante comprender cómo medir el contenido de agua y cómo evaluar los resultados.

El problema

El agua siempre ha provocado óxido y corrosión en los componentes y la infraestructura del sistema de combustible. Los sistemas de combustible modernos son mucho menos tolerantes que los sistemas de presión más baja, y los fabricantes ahora especifican que no debe llegar al motor nada de agua.

Daños directos causados por el agua

El agua daña los depósitos de combustible y las piezas del motor. El óxido y la corrosión en el depósito crean partículas duras que pasan por el combustible y provocan el desgaste del motor. La vida útil de los componentes también se acorta por los daños, la erosión, la cavitación y el desconchado que provoca el agua, por ejemplo:

Óxido: En contacto con superficies de hierro y acero, el agua produce óxido de hierro (óxido). Las partículas de óxido que entran al combustible, al igual que otras partículas duras, causarán desgaste abrasivo en las piezas. El desgaste prematuro puede provocar fallos en las piezas.

Corrosión: La corrosión es una de las causas más comunes de problemas en los inyectores. El agua se combina con los ácidos del combustible para corroer los metales ferrosos y no ferrosos. Esto empeora cuando la abrasión provoca la exposición de superficies metálicas frescas que se corroen fácilmente. El inyector que se muestra a la derecha se instaló nuevo pero falló en menos de 300 horas debido a una rápida corrosión.

Abrasión: El agua tiene una viscosidad más baja que el diésel, por lo que proporciona menos «colchón» lubricante entre las superficies opuestas de las piezas móviles. Esto conduce a un mayor desgaste por abrasión entre estas piezas.

Grabado: El grabado se debe a la degradación del combustible inducida por el agua que produce sulfuro de hidrógeno y ácido sulfúrico que «comen» las superficies metálicas.

Picaduras y cavitación: Las picaduras se deben al agua suelta que se derrama sobre las superficies metálicas calientes. La cavitación la provocan las burbujas de vapor que se contraen rápidamente (implosionan) cuando se exponen a una presión alta repentina, lo que hace que se condensen nuevamente en un líquido. Estas gotas de agua impactan un área pequeña con gran fuerza, causando fatiga superficial y erosión.

Descascarillado: Se produce debido a la fragilización y la presión del hidrógeno. El agua entra empujada por la fuerza en las grietas microscópicas existentes en las superficies metálicas. A continuación, bajo presión extrema, se descompone y libera hidrógeno en una «mini explosión» que agranda las grietas y crea partículas de desgaste.

Hielo: El agua libre en el combustible puede congelarse, creando cristales de hielo que se comportan como cualquier otra partícula dura. Puede crear desgaste en los sistemas de combustible y (en grandes volúmenes) obstruir los filtros de combustible. La función de un filtro de combustible es proteger el motor deteniendo las partículas duras. Los motores y los filtros no distinguen entre suciedad y hielo. El daño causado por el hielo puede ser difícil de diagnosticar correctamente, ya que el hielo se derretirá y desaparecerá mucho antes de que pueda realizarse una prueba de laboratorio.

Daños indirectos causados por el agua

El agua también contribuye o agrava una serie de problemas adicionales, como, por ejemplo, los siguientes:

Sólidos blandos: El agua es polar. Algunos de los productos químicos en los aditivos son polares. Los hidrocarburos no son polares. Esto significa que el agua y los productos químicos polares se atraen entre sí. En presencia de agua libre, las moléculas químicas a veces se disocian de la cadena de hidrocarburos del aditivo y se combinan con las moléculas de agua para formar una nueva sustancia. Esta nueva sustancia es un sólido blando que se precipita del combustible y puede obstruir rápidamente los filtros o crear depósitos en el motor. Consulte la estabilidad de los aditivos para obtener información adicional.

Crecimiento microbiano: Como sucede con la mayoría de los organismos vivos, las bacterias y los hongos (mohos) necesitan tanto alimento como agua para sobrevivir. Si hay agua libre, el crecimiento microbiano puede proliferar, creando lodos que ensucian el combustible y ácidos que corroen el depósito y el sistema de combustible.

Oxidación del combustible: El agua libre acelera el proceso de oxidación y favorece la formación de ácidos, gomas y sedimentos conocidos generalmente como productos de degradación del combustible.

Formas del agua en el combustible diésel

Todo el diésel contiene algún porcentaje de agua disuelta. Las moléculas de agua siguen siendo parte del combustible hasta que son demasiadas. El punto en el cual el combustible no puede retener más agua se denomina punto de saturación. La cantidad de agua en el combustible se mide en ppm (partes por millón). La presencia de agua no será un problema siempre que permanezca por debajo del punto de saturación como agua disuelta. Los problemas importantes comienzan cuando el agua se separa del diésel y se convierte en agua libre o emulsionada. El agua emulsionada es otra forma de agua libre; las gotas son tan pequeñas y están tan bien mezcladas con el combustible que permanecen suspendidas en lugar de caer al fondo. No hay «gotas» cuando el agua está completamente disuelta en el combustible.

¿Cómo entra el agua en el combustible?

El agua puede provenir de una amplia variedad de fuentes, algunas de las cuales pueden ser extremadamente difíciles de controlar.

Durante el proceso de entrega del proveedor
Caída de agua libre (más allá del punto de saturación)
Condensación en el depósito
Fugas que permiten la entrada de agua en el depósito (lluvia, lavado a presión, agua subterránea...)
Entrada de agua procedente de la atmósfera (humedad)
Error humano (respiraderos desprotegidos, puertos de llenado, sellos...)

La solución

Medición del contenido de agua

Existen varios métodos para medir el contenido de agua en el combustible. Algunos se llevan a cabo en un laboratorio, otros se pueden realizar in situ. Es importante comprender el tipo de información que pueden proporcionar los diferentes métodos. Quizás el método más común para comprobar el nivel de agua en los depósitos de combustible es «sumergir» en el depósito una pasta indicadora especial utilizando una varilla de medición larga. Este método es rápido, fácil, se puede realizar en el sitio e indica si hay agua libre en el fondo del depósito.

Pueden instalarse monitores de agua (sensores) en la línea para ofrecer resultados fiables en tiempo real. Miden el contenido de agua disuelta en el combustible y devuelven la humedad relativa del diésel como porcentaje. El resultado máximo es 100 %, lo que significa que el combustible ha alcanzado su punto de saturación y no puede contener más agua en la solución. Este método de prueba no le dirá cuánta agua libre hay en el depósito.

El método de valoración de Karl Fischer es una prueba de laboratorio que se utiliza desde 1935 para determinar el contenido de agua en una muestra de fluido. Esta prueba es muy precisa y solo requiere un tamaño de muestra pequeño. Detecta incluso pequeñas cantidades de agua disuelta, hasta aproximadamente 50 ppm en combustible diésel. Puede medir el contenido de agua tanto por debajo como por encima del nivel de saturación (agua disuelta y libre). En la práctica de laboratorio, se puede utilizar para determinar el nivel de saturación de agua del combustible en diferentes condiciones. Si bien las pruebas de laboratorio suelen ser más precisas que las pruebas de campo, pueden ser mucho menos fiables. Esto puede parecer confuso. La razón por la que la prueba de laboratorio puede ser menos precisa es que la propia muestra puede haber cambiado entre el momento en que se tomó del depósito y el momento en que se analizó en el laboratorio.

Una de las características del diésel es que retiene más agua en saturación cuando hace calor en comparación que cuando hace frío. Si el diésel de su depósito está frío, puede estar por encima del punto de saturación. En este caso, entrará agua libre en su equipo, lo que puede causar grandes problemas. Si envía esta misma muestra a un laboratorio, probablemente estará más caliente en el laboratorio que en su depósito. El combustible se calentará, el agua volverá a disolverse y puede parecer que no tiene ningún problema. Puede ocurrir el mismo tipo de dificultades de diagnóstico con los problemas de cristales de hielo. La «evidencia» del problema desaparece a temperatura ambiente.

¿Cuánta agua puede haber sin que se produzcan problemas?

La respuesta más sencilla sería ninguna. Pero no sería práctico ni realista. Todo el combustible diésel contiene algún porcentaje de agua. Lo más importante es mantener el agua por debajo de su punto de saturación para que permanezca disuelta en lugar de entrar a su equipo como agua libre. Los fabricantes de equipos especifican que no debe llegar agua libre al motor. Los puntos de saturación varían de aproximadamente 50 ppm a 1800 ppm según la temperatura y la proporción de petrodiésel/biodiésel. Como puede ver en el gráfico, el biodiésel puede contener significativamente más agua en saturación que su equivalente de petróleo. Sin embargo, mezclar biodiésel y petróleo no da como resultado un contenido de humedad matemáticamente proporcional. La mezcla retendrá menos agua en solución que la suma de las partes, lo que significa que puede ocurrir precipitación de agua libre cuando se mezclan las dos.

Cómo prevenir la entrada de agua libre en el combustible

Para entender cómo mantener el combustible con un nivel correcto de agua, es necesario comprender primero cómo entra el agua en el combustible. El agua puede provenir de una amplia variedad de fuentes, algunas de las cuales pueden ser extremadamente difíciles de controlar.

Durante el proceso de entrega del proveedor: El diésel está relativamente limpio y seco cuando sale de la refinería, sin embargo, las entregas de diésel incluirán cantidades variables de agua. La cantidad de agua que recibe de su proveedor depende en gran medida de las circunstancias y las prácticas de manipulación. ¿Qué se puede controlar? Además de cambiar de proveedor o negociar un contrato que establezca límites al distribuidor, puede intentar lo siguiente:

Haga que usted sea el primer cliente al que entregue el camión, así evitará los contaminantes y el agua que quedan en el fondo del depósito.
Instale un sistema de eliminación de agua en la entrada de su depósito a granel.

Entrada procedente de la atmósfera: Al igual que el aire, el diésel tiene una humedad relativa y los dos valores tienden a igualarse. Es decir, si el aire es más húmedo que el combustible, el combustible absorberá la humedad del aire. Sin embargo, si el aire es más seco que el combustible, la humedad se evaporará nuevamente en el aire hasta que la humedad relativa de ambos sea igual.

Caída de agua libre: El diésel retiene una cierta cantidad de agua en solución (es decir, agua disuelta). Cuando el contenido de agua supera el punto de saturación, el exceso de agua caerá como agua libre. Esto ocurre cuando aumenta el contenido total de agua o cuando el diésel se enfría. El diésel puede contener 90 ppm de agua disuelta cuando está caliente, pero solo 60 ppm cuando se enfría debido a una bajada de las temperaturas. La diferencia de 30 ppm cae como agua libre y se deposita en el fondo del depósito.

Condensación en el depósito: Cuando hace más calor en el exterior que en el interior del depósito, se formará condensación y este «sudor» pasará al combustible. Esto puede producirse continuadamente, creando más agua libre cada vez.

Fugas al depósito: La lluvia, el lavado a presión o el agua subterránea pueden ser fuentes de agua que entra a un depósito dañado o sellado incorrectamente. Los depósitos enterrados (en las estaciones de servicio, por ejemplo) a veces pueden tener entradas por debajo del nivel del suelo. La zona alrededor de la tapa se puede cubrir fácilmente con agua de lluvia. Si el nivel de agua está por encima de la tapa cuando esta se quita, la gravedad hará que el agua fluya hacia el depósito.

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Eliminación de agua del combustible

La eliminación de agua es más fácil en regiones con más de 500 ppm de azufre en el diésel que con ULSD (menos de 15 ppm de azufre). El patín de filtro de la izquierda, por ejemplo, fue diseñado para ser utilizado en Sudáfrica, donde es bastante eficaz. Los coalescentes y los separadores de agua funcionan con mayor eficacia en combustibles con mayor contenido de azufre. Esto se debe a que el diésel con mayor contenido de azufre necesita mucho menos aditivo y, posteriormente, contiene mucho menos tensioactivo.

El surfactante es una sustancia jabonosa que recubre los medios coalescentes/separadores de agua, comprometiendo gravemente su rendimiento.

La mayor cantidad de surfactante en ULSD desactiva los medios coalescentes, lo que hace que su efectividad sea cuestionable, en el mejor de los casos.

Los fabricantes publican la eficiencia del filtro según los estándares de prueba actuales de la industria. Los estándares actuales se desarrollaron hace varios años y están diseñados para pruebas de comparación de laboratorio utilizando un combustible tratado de manera uniforme. Esto funciona bien para las pruebas de comparación, pero no refleja necesariamente la eficiencia del filtro en condiciones reales. Para tratar el combustible ULSD para pruebas de laboratorio, las normas requieren la eliminación de todos los tensioactivos. En el mundo real, el ULSD sin surfactante (aditivos AKA) destruiría los motores. Todos los ULSD adecuados para su uso en equipos contienen aditivos y tensioactivos, por lo que el combustible en sí mismo desactiva eficazmente los filtros coalescentes.

Por lo tanto, aunque probablemente no verá una disminución en los niveles de eficiencia del coalescente publicados, lo que notará en la documentación es una mayor mención de los absorbentes de agua. Las empresas que todavía comercializan coalescentes en áreas de ULSD mencionan ahora frecuentemente la necesidad de agregar absorbentes de agua después del coalescente. No hay otra forma de asegurarse de que se haya eliminado el agua libre del combustible.

Desafortunadamente, la mejor manera de eliminar grandes volúmenes de agua sedimentada es vaciar el depósito. Es un proceso muy sencillo, pero nada barato ni cómodo. Se puede evitarla entrada de la humedad ambiental y la condensación al combustible diésel mediante la utilización de buenos respiradores desecantes en combinación con la introducción de una capa de aire seco (o nitrógeno) en el espacio superior del depósito para que salga a través del respiradero. Como se explicó anteriormente, la humedad relativa del diésel tenderá hacia la humedad relativa (o «sequedad») del aire. La humedad en el diésel, con el tiempo, se liberará nuevamente al aire seco hasta que el diésel esté tan seco como el aire.

La clave para una buena gestión del agua en el combustible es minimizar el contenido de agua disuelta y eliminar toda el agua libre.