El combustible diésel siempre contendrá un cierto 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 que el agua ingrese a su tanque y monitorearlo regularmente. 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 evaluar los resultados.
El problema
El agua siempre ha causado 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 no debe llegar agua libre en ninguna cantidad al motor.
Daño directo causado por el agua
El agua daña tanto los tanques de combustible como las piezas del motor. El óxido y la corrosión en el tanque crean partículas duras que pasan por el combustible, causando el desgaste del motor. La vida útil de los componentes también se acorta por el decapado con agua, la erosión, la cavitación y el desconchado, como:
Óxido: En contacto con superficies de hierro y acero, el agua produce óxido de hierro (oxidación). Las partículas de óxido que ingresan al combustible, al igual que otras partículas duras, causan desgaste abrasivo en las piezas. El desgaste prematuro puede provocar fallas 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 metales ferrosos y no ferrosos. Esto se agrava cuando la abrasión expone 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 la rápida corrosión.
Abrasión: El agua tiene una viscosidad más baja que el diésel, por lo que proporciona menos “amortiguación” lubricante entre las superficies opuestas de las piezas móviles. Esto da lugar a un mayor desgaste abrasivo.
Decapado: El decapado es causado por la degradación del combustible inducida por el agua que produce sulfuro de hidrógeno y ácido sulfúrico que “roen” las superficies metálicas.
Picaduras y cavitación: Las picaduras son causadas por agua suelta que se derrama sobre superficies metálicas calientes. La cavitación es causada por burbujas de vapor que se contraen rápidamente (implosionan) cuando se exponen a una presión alta repentina, lo que lleva a que se condensen nuevamente en un líquido. Estas gotas de agua afectan un área pequeña con gran fuerza, causando fatiga superficial y erosión.
Desconchado: Ocurre debido a la fragilización y la presión por hidrógeno. El agua entra a la fuerza en grietas microscópicas en las superficies metálicas. Luego, 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 se puede congelar, creando cristales de hielo que se comportan como cualquier otra partícula dura. Estos pueden generar desgaste en los sistemas de combustible y (en grandes volúmenes) obstruir los filtros de combustible. El propósito de un filtro de combustible es proteger el motor deteniendo las partículas duras. Los motores y filtros no distinguen entre suciedad y hielo. El daño causado por el hielo puede ser difícil de diagnosticar correctamente, ya que el hielo se derrite y desaparece mucho antes de que pueda realizarse un examen de laboratorio.
Daño indirecto causado por el agua
El agua también contribuye o agrava una serie de problemas adicionales, como los siguientes:
Sólidos blandos: El agua es polar. Ciertas sustancias químicas en los aditivos son polares. Los hidrocarburos no son polares. Esto significa que el agua y las sustancias químicas 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 del agua para formar una nueva sustancia. El nuevo material es un sólido blando que se precipita del combustible y puede obstruir rápidamente los filtros o crear depósitos en el motor. Consulte la estabilidad del aditivo para obtener más información.
Crecimiento microbiano: Como 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 tanque 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 de agua en el combustible diésel
Todo combustible diésel contiene algún porcentaje de agua disuelta. Las moléculas de agua siguen siendo parte del combustible hasta que son demasiadas. El punto en el que el combustible no puede contener más agua se denomina punto de saturación. La cantidad de agua en el combustible se mide en ppm (partes por millón). Siempre que el agua permanece por debajo del punto de saturación como agua disuelta, por lo general no es un problema grave. 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 decantar 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 la entrega del proveedor
- Caída de agua libre (más allá del punto de saturación)
- Condensación en el tanque
- Fuga hacia el tanque (lluvia, lavado a presión, agua subterránea...)
- Ingreso desde la atmósfera (humedad)
- Error humano (ventilaciones desprotegidas, 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 aplican en un laboratorio, en tanto que otros se pueden aplicar en las instalaciones. Es importante comprender el tipo de información que pueden proporcionar estas diferentes pruebas. Quizás el método más común para probar el agua en los tanques de combustible es “sumergir” el tanque usando una pasta indicadora especial en una varilla de medición larga. Este método rápido, fácil y que se puede aplicar en las instalaciones le dirá si hay agua libre en el fondo del tanque.
Los monitores de agua (sensores) se pueden instalar en línea y ofrecen resultados confiables en tiempo real. Estos miden el contenido de agua disuelta en el combustible e indican la humedad relativa del diésel como un 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 tanque.
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 líquido. La prueba es muy precisa y solo requiere una muestra de tamaño pequeño. Esta 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 sobre el nivel de saturación (agua disuelta y libre). En la práctica de laboratorio, se puede utilizar para determinar el nivel de saturación de agua en el combustible en distintas condiciones. Si bien las pruebas de laboratorio suelen ser más precisas que las pruebas de campo, pueden ser mucho menos precisas. Esto puede parecer confuso. El motivo por el que la prueba de laboratorio puede ser menos precisa es que la muestra en sí puede haber cambiado entre el momento en que se extrajo del tanque 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 a cuando hace frío. Si el combustible diésel de su tanque está frío, es posible que esté por encima del punto de saturación. En este caso, ingresará agua libre a su equipo, lo que puede causar graves problemas. Si envía esta misma muestra a un laboratorio, probablemente estará más caliente en el laboratorio que en su tanque. El combustible se calentará, el agua volverá a disolverse y puede parecer que no existe ningún problema. Se puede producir el mismo tipo de dificultades de diagnóstico con los problemas de cristales de hielo. La “evidencia” desaparece a temperatura ambiente.
¿Qué cantidad de agua es aceptable?
La respuesta más sencilla sería que ninguna. Pero esto no es práctico ni realista. Todo 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 ingresar 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 petro-diésel/biodiésel. Como puede ver en el gráfico, el biodiésel puede contener mucha 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 en solución que la suma de las partes, lo que significa que puede ocurrir precipitación de agua libre cuando se mezclan los dos.
Cómo prevenir el ingreso de agua libre en el combustible
Para entender cómo mantener el agua fuera, primero hay que entender cómo ingresa. El agua puede provenir de una amplia variedad de fuentes, algunas de las cuales pueden ser extremadamente difíciles de controlar.
Durante la entrega del proveedor: El combustible diésel está relativamente limpio y seco cuando sale de la refinería; sin embargo, las entregas de diésel incluyen 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 es lo que puede controlar? Más allá de tal vez cambiar de proveedor o negociar un contrato que imponga la carga al distribuidor, puede intentar lo siguiente:
- Procure ser el destinatario de la primera entrega, para que el agua y los contaminantes no se asienten en el fondo del tanque.
- Instale un sistema de eliminación de agua en la entrada de su tanque a granel.
Ingreso desde la atmósfera: Al igual que el aire, el combustible diésel tiene una humedad relativa y los dos tienden a igualarse. Es decir, si el aire es más húmedo que el combustible, el combustible absorbe la humedad del aire. Sin embargo, si el aire es más seco que el combustible, la humedad se evapora nuevamente en el aire hasta que la humedad relativa de ambos sea igual.
Caída de agua libre: El combustible 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 cae como agua libre. Esto ocurre cuando aumenta el contenido total de agua o cuando el combustible diésel se enfría. Su combustible diésel puede contener 90 ppm de agua disuelta cuando está caliente, pero solo 60 ppm cuando se enfría debido al clima más frío. La diferencia de 30 ppm cae como agua libre y se deposita en el fondo del tanque.
Condensación en el tanque: Cuando hace más calor afuera del tanque que adentro, se forma condensación y este “sudor” ingresa al combustible. Esto puede ocurrir una y otra vez, generando más agua libre cada vez.
Fuga hacia el tanque: La lluvia, el lavado a presión o el agua subterránea pueden ser fuentes de agua que ingresa a un tanque dañado o sellado incorrectamente. Los tanques enterrados (en las estaciones de servicio, por ejemplo) a veces pueden tener entradas por debajo del nivel del suelo. El área alrededor de la tapa se puede llenar fácilmente con agua pluvial. Si el nivel del agua está por encima de la tapa cuando se quita, la gravedad hará que el agua fluya hacia el tanque.
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Extracción de agua del combustible
La eliminación de agua es más fácil en regiones con diésel con más de 500 ppm de azufre que con ULSD (menos de 15 ppm de azufre). El patín de filtro de la izquierda, por ejemplo, fue diseñado para uso en Sudáfrica, donde es bastante eficaz. Los coalescentes y los separadores de agua funcionan mucho más eficazmente 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 surfactante.
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 causa 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 en laboratorio utilizando un combustible tratado de manera uniforme. Esto funciona bien para pruebas de comparación, pero no necesariamente refleja la eficiencia del filtro en condiciones reales. Para tratar el combustible ULSD para pruebas de laboratorio, las normas requieren la eliminación de todos los surfactantes. En la realidad, el ULSD sin surfactante (aditivos AKA) destruiría los motores. Todos los combustibles ULSD que son aptos para uso en equipos contienen aditivos y surfactantes, por lo que el combustible en sí mismo desactiva los filtros coalescentes.
Entonces, aunque probablemente no verá una disminución en los niveles de eficiencia del coalescente publicados, lo que notará en la literatura es una mayor mención de los absorbentes de agua. Las empresas que aún comercializan coalescentes en áreas con ULSD con mucha frecuencia ahora mencionan la necesidad de agregar absorbentes de agua después del coalescente. No existe otra forma de asegurarse de que se haya eliminado el agua libre.
Lamentablemente, la mejor manera de eliminar grandes volúmenes de agua sedimentada es vaciar el tanque. Es muy sencillo, pero no resulta rentable ni conveniente. Es posible evitar que la humedad ambiental y la condensación ingresen al combustible diésel mediante el uso de buenos respiraderos desecantes en combinación con una capa de aire seco (o nitrógeno) que ingresa al espacio de cabeza del tanque y sale a través del respiradero. Como explicamos anteriormente, la humedad relativa del diésel tenderá hacia la humedad relativa (o “sequedad”) del aire. Con el tiempo, la humedad en el diésel 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.
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