Fluidos hidráulicos resistentes al fuego base glicol-agua

Por: Garry M. Basilone, UEC Condition Monitoring Services Laboratory 

Las aplicaciones industriales de fluidos de potencia han aumentado en todo el mundo a lo largo de los años. Las demandas de desempeño del fluido hidráulico han aumentado por las presiones de operación, seguridad y confiabilidad. A medida que aumentan las presiones de operación, también aumenta el riesgo de incendio por líneas rotas. Es necesario balancear las regulaciones administrativas y los intereses de seguridad con los requisitos de la maquinaria para una efectiva lubricación y protección contra el desgaste y la corrosión.

Los fluidos resistentes al fuego incluyen sintéticos tales como ésteres fosfatados o mezclas de éster-aceite mineral y fórmulas a base de agua, como las emulsiones de agua-aceite o glicol-agua. Los fluidos base glicol-agua han demostrado ser una excelente opción como fluido hidráulico resistente al fuego. La resistencia al fuego de estos fluidos depende de la evaporación del agua y del efecto sofocante del vapor. Otras características de desempeño importantes para estos fluidos son la viscosidad, la calidad de la lubricación, el rango de temperatura de funcionamiento, la resistencia a la corrosión, la compatibilidad con el sistema y el mantenimiento de los fluidos. La excelente resistencia al fuego, aunada a un buen costo y desempeño, hace que los fluidos glicol-agua sean la elección correcta para muchas aplicaciones industriales.

Características

Los fluidos base glicol y agua consisten en una solución de agua, etileno o dietilenglicol, un poliglicol de alto peso molecular y un paquete de aditivos. La mezcla de agua-glicol generalmente contiene de 38 a 45 por ciento de agua. Estos fluidos generalmente contienen un colorante rojo o rosado para ayudar en su identificación. Con el agua en la formulación de los fluidos, la evaporación es continua y se deben considerar límites superiores de temperatura de operación. Debe inspeccionarse periódicamente el contenido de agua. Las temperaturas de operación típicas de los fluidos deben mantenerse por debajo de 65 °C.

El poliglicol es un espesante polimérico soluble en agua, que puede formularse para cubrir una amplia gama de viscosidades. Las propiedades de viscosidad-temperatura resultantes son newtonianas y le dan a los fluidos glicol-agua buena protección contra el desgaste de la bomba durante el arranque en frío a baja temperatura, a la vez que minimizan la cavitación. El paquete de aditivos imparte resistencia a la corrosión, pasivación del metal, compatibilidad con sellos y mangueras, resistencia a la oxidación, propiedades antimicrobianas y propiedades antidesgaste. Con una densidad de aproximadamente 1.0, los contaminantes (como el aceite mineral) pueden flotar en la superficie del fluido y se pueden desnatar. Finalmente, los fluidos base glicol-agua tienen mejores propiedades de transferencia térmica que otros fluidos resistentes al fuego.

Aplicaciones

Los fluidos base glicol-agua generalmente tienen un rango de operación de hasta 2,000 psi a menos de 65 °C. Su calidad de lubricación es muy buena cuando las cargas son moderadas y donde solo está involucrada la lubricación hidrodinámica. Cuando la aplicación tiene altas cargas y condiciones extremas de lubricación límite, se deben esperar mayores tasas de desgaste. Las aplicaciones típicas incluyen:

• Máquinas de fundición a presión
• Abre puertas en hornos de coque
• Mecanismos de inclinación en hornos de cuchara
• Cargadores y descargadores de horno
• Hidráulicos de hornos
• Elevadores de horquilla
• Camiones
• Soldadores eléctricos
• Fundición de varilla, alambre y tubos
• Cortadoras de metal caliente
• Catapultas de portaaviones
• Puentes aéreos
• Ruedas de fundición continuas

Existen algunas limitaciones de aplicación debido a temas de compatibilidad cuando se usan fluidos base glicol-agua. Con respecto a los metales, el fluido es corrosivo al zinc, el cadmio y el aluminio no anodizado, y la reacción con estos metales provoca un rápido deterioro del fluido. La compatibilidad con sellos y juntas de hule sintético es buena, sin embargo, se deben evitar los materiales de poliuretano, cuero o corcho. Las pinturas típicas se reblandecerán en presencia de fluidos base glicol y agua; por lo tanto, las superficies deben pintarse con pinturas de resina epoxi.

Pruebas

Deben efectuarse pruebas inicialmente para medir la capacidad del fluido base glicol-agua para cumplir con las especificaciones de desempeño, que a la vez servirán como línea de base para posteriores análisis. Cuando se cargue un sistema y durante su uso, deben efectuarse periódicamente pruebas al fluido como parte del programa de mantenimiento basado en condición.

Dado que los resultados de desempeño del fluido pueden diferir significativamente, como se muestra en la Tabla 2, el desempeño del fluido basado en pruebas estandarizadas (ASTM) debe tener una mayor influencia en la selección del producto. Recientemente, una planta acerera en el Medio Este requirió que se evaluaran cinco fluidos base glicol-agua disponibles comercialmente para verificar su desempeño en lubricación. La tabla 2 muestra que es posible que exista una variación notable. El quinto fluido está descalificado para su uso.

Tabla 2. Comparación de desempeño de cinco fluidos base glicol-agua disponibles comercialmente

 

Note en la Tabla 2 la aparente falta de correlación entre la prueba en bomba de paletas (combinación de lubricación límite e hidrodinámica) y la medición de lubricación límite de la prueba de desgaste cuatro bolas. La figura 1 muestra el espécimen de prueba para la prueba de bomba de paletas ASTM D2882 en fluidos A (izquierda) y E (derecha). El fluido E muestra claramente el excesivo raspado de metal y desgaste.

Monitoreo de condición del fluido

 

Debe programarse un análisis rutinario de muestras de fluidos empleando prácticas estándar de la industria utilizando un laboratorio competente. El laboratorio debe estar calificado para proporcionar recomendaciones a partir del análisis del fluido tanto para el fluido como para el cuidado de la maquinaria a largo plazo. La frecuencia de muestreo dependerá de los mismos factores comunes a la mayoría de los programas de monitoreo de condición: severidad de operación, limpieza del ambiente, filosofía de mantenimiento y los resultados del monitoreo de condición. La frecuencia inicial para el monitoreo de los sistemas que están actualmente en producción debe ser mensual, o más frecuentemente dependiendo de las condiciones de operación y criticidad para la misión de la maquinaria; debe incluir los criterios mostrados en la Tabla 3.

Deben corregirse los bajos niveles de agua siguiendo las indicaciones del fabricante de la maquinaria o la curva de volumen de agua a añadir de acuerdo con los resultados de los análisis.

Mantenimiento

Las fallas más comunes observadas por los usuarios de fluidos base glicol-agua son la contaminación con partículas, contaminación con otros fluidos y la pérdida o acumulación de agua, que hacen que cambie la viscosidad.

Figura 1. Prueba de aro en bomba hidráulica para fluido A y fluido E

• La contaminación con tierra y partículas es un mayor problema para los fluidos base agua-glicol que para los fluidos base aceite mineral debido a la afinidad de los polímeros a adherirse a las partículas finas en suspensión. Se requieren buenas prácticas de mantenimiento y filtración.
• La contaminación con aceites minerales es fácilmente observable por apariencia visual (emulsión rosada en la muestra) o por FTIR. La figura 2 muestra un fluido usado normal y un fluido usado contaminado. La apariencia lechosa y la capa de aceite mineral en la superficie de la muestra del lado derecho sugiere una emulsión aceite/agua. La contaminación ocurre con frecuencia debido al uso extendido de aceites minerales cerca de la máquina que utiliza fluidos base glicol-agua, o como resultado de una contaminación directa debido a deficientes prácticas de relleno de contenedores.
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Figura 2. Fluido base glicol-agua usado. Muestra normal (izquierda),
muestra contaminada con aceite mineral (derecha).

 

 

• La pérdida de agua debido a la evaporación o acumulación por entrada de agua libre, como agua de enfriamiento, puede medirse con precisión por titulación por Karl Fischer o un refractómetro. El agua empleada para el relleno debe ser destilada o desionizada (DI), como el condensado de agua de alimentación de calderas. La concentración de agua debe mantenerse de acuerdo con las guías del fabricante. Esto puede significar añadir concentrado de glicol o agua DI a los sistemas durante el ciclo de vida del producto. Esto se hace para retener la viscosidad apropiada y las propiedades de resistencia al fuego.

Los fluidos a base de glicol-agua no deben mezclarse con fluidos hidráulicos no basados en agua y preferentemente no deben mezclarse con otras marcas de fluidos base glicol-agua. Los paquetes de aditivos entre diversas marcas pueden entrar en conflicto, resultando en una pérdida de desempeño del fluido. El aditivo de reserva alcalina se agota por evaporación. El fabricante puede ayudar a administrar la alcalinidad del fluido suministrando aditivo suplementario.

Los fluidos hidráulicos resistentes al fuego base glicol-agua son confiables y son una opción costo-efectiva para hidráulicos de potencia. Cuando son mantenidos apropiadamente, brindan una larga y predecible vida.

Referencias

1. F. Houghton & Co., USA – Handbook on Fire Resistant Fluids.
2. F. Houghton & Co., USA – How to Install and Maintain Houghton-Safe Fluids.
3. ASTM, West Conshohocken, PA – Part 17.
4. Australian Die Casting Association, (1981). Die Casting Bulletin Number 36.
5. Association of Iron and Steel Engineers, (1996). The Lubrication Engineers Manual, Second Edition.