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5
Abr

Hidrolisis y estabilidad hidrolítica

Por: Wes Cash / Traducido por Francisco J. Páez Alfonzo.

Para los lubricantes, el agua es el segundo contaminante más destructivo, después de las partículas. Causa problemas como herrumbre y disminución de la capacidad de soporte de carga (resistencia de película) en los aceites y además conduce a una permanente degradación delos mismos. Similar a la oxidación, la hidrólisis es la degradación de las moléculas de la base lubricante por efecto del agua. Pero no sólo la base lubricante es presa de este proceso, los aditivos también son susceptibles a degradarse por efecto de la hidrólisis.

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Los aceites por naturaleza son higroscópicos, lo que significa que absorben humedad del aire. La tendencia de un aceite a sufrir este proceso se conoce como higroscopicidad. Los fluidos del tipo éster, especialmente los poliol ésteres y los ésteres fosfatados, absorben rápidamente humedad del medio ambiente.

Dado que el lubricante se contamina con agua, la pregunta que nos hacemos es qué tan estable es el aceite con relación al agua. La habilidad de un lubricante y sus aditivos para resistir la descomposición química en presencia del agua se conoce como su estabilidad hidrolítica. El ensayo ASTM utilizado para determinar la estabilidad hidrolítica de los aceites es el D2619-09. El ensayo es conocido como la prueba de la botella Coca-Cola, ya que utiliza una botella de refresco que se tapa durante la ejecución del ensayo.

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El ensayo se realiza mezclando 75 ml del aceite a ensayar con 25 ml de agua. Luego, se coloca una tira de cobre dentro de la muestra. Se tapa la botella, se calienta a 93°C (200°F) y se rota durante 48 horas. Al final del ensayo, se retira la tira de cobre y se determina su pérdida de peso, así como el cambio de coloración (se reporta como en ensayo ASTM D130). Se determina número ácido del aceite – AN, así como el nivel de acidez del agua. Los resultados indican la estabilidad hidrolítica del aceite y lo bien que se comporta contra la formación de ácidos, lo que coincide con la hidrólisis.

Algunos factores influyen en los resultados del ensayo, incluyendo la pureza del agua, la contaminación del fluido, la viscosidad y el paquete de aditivos. Por ejemplo, el aditivo antidesgaste dialquilditiofosfato de cinc (ZDDP) produce ácidos cuando se hidroliza. Cuando se analizan los resultados del ensayo, se determina la pérdida de peso de la tira de cobre. El cinc recubre la tira de cobre (como es de esperarse), pero una vez que la tira de cobre es lavada (usualmente con heptano o tricloroetano), se determina exactamente cuánto fue la pérdida de peso de la tira.

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Esta tabla muestra los resultados de un ensayo ASTM D2619. Note la diferencia en los resultados
del fluido y de la acidez así como el daño causado a la tira de cobre.

Con el tiempo, incluso los aceites con una elevada estabilidad hidrolítica, comenzarán a hidrolizarse. En los aceites, las bases lubricantes minerales y los aditivos se degradan. La degradación de estas moléculas con la adición de agua da como resultado una restructuración de los enlaces y una modificación de los compuestos dentro del fluido. Este proceso es acompañado por un cambio en el pH y puede ser monitoreado analizando el número ácido del aceite. Como se indicó previamente, los fluidos a base de ésteres son muy susceptibles a la hidrólisis y deben ser monitoreados muy de cerca para detectar cualquier signo de hidrólisis, especialmente en equipos con un alto riesgo de ingreso de humedad.

image002La hidrólisis en los lubricantes causa una gran variedad de problemas. No sólo afecta las propiedades físicas del aceite (viscosidad, color, etc.), también afecta sus propiedades químicas. Uno de los efectos más comunes de la hidrólisis es la formación de ácidos, siendo los predominantes los ácidos carboxílicos. Estos ácidos son débiles en comparación con el ácido sulfúrico, pero aun así, causan daños a la maquinaria. Estos ácidos son detectados usando infrarrojo por transformadas de Fourier (FTIR) y pueden ser monitoreados mediante un programa de análisis de aceite de rutina.

A medida en que el proceso de hidrólisis continúa, la viscosidad del aceite comienza a disminuir. Esta disminución de la viscosidad plantea una real amenaza a la salud de la máquina. En la medida en que la viscosidad desciende, también disminuye su capacidad de soporte de carga, dando como resultado una operación en un régimen de lubricación a película límite y a un desgaste más pronunciado.

Siendo proactivos e impidiendo el ingreso de agua en el aceite, se puede mitigar el proceso de hidrólisis. Monitorear el contenido de agua y el número ácido junto con FTIR son las mejores armas para determinar si está presentando hidrólisis en el aceite. Mantener seco el aceite le evitará los efectos devastadores de este proceso químico.

Referencias

Forest, M. and Araud, C. “A New Approach for Oil Formulations.”
Papay, Andrew G., and Harstick, Christian S. “Petroleum-Based Industrial Hydraulic Oils – Present and Future Developments.” Lubrication Engineering, Jan. 1975: 6-15.

Kajdas, Czeslaw. “Hydrolysis.”
“Standard Test Method for Hydrolytic Stability of Hydraulic Fluids (Beverage Bottle Method),” ASTM Standards 2014.

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