La conductividad eléctrica es una medida de la capacidad de un fluido para transportar carga electrostática. Generalmente se expresa en picosiemens por metro (pS/m). Además del tipo de fluido, la conductividad también depende de la concentración de portadores de carga móviles. Por ejemplo, el agua destilada pura es solo ligeramente conductora. Sin embargo, si el agua contiene impurezas como sales, ácidos o bases, entonces su conductividad aumenta.
Los lubricantes normalmente son solo ligeramente conductores y, por lo tanto, pueden funcionar como aislantes en transformadores o interruptores. Sin embargo, los aceites también pueden conducir corriente eléctrica. Su conductividad depende de varios factores diferentes, incluido el aceite base, los aditivos y la polaridad.
Conductividad del Aceite
Cuanto más polar es un lubricante, menos refinado y más conductor es. Con base en el método de fabricación y el nivel de refinación, el American Petroleum Institute (API) ha clasificado los aceites base en cinco grupos (ver Tabla 1).
| Grupo | Método de refinación | Propósito |
|---|---|---|
| I | Refinación ligera | Lubricantes de bajo costo |
| II | Refinación profunda | Lubricantes de mayor calidad |
| III | Hidrogenación | Lubricantes sintéticos de alto rendimiento |
| IV | Polialfaolefinas (PAO) | Lubricantes sintéticos de alto rendimiento |
| V | Mezcla de aceites base | Lubricantes de alto rendimiento |
Los aceites base de Grupo I, basados en aceite mineral ligeramente refinado, representan la opción más simple y anteriormente representaban la mayor proporción de la producción de lubricantes. En los últimos años, esa proporción ha estado en constante disminución, ya que los aceites base más refinados de los Grupos II, III y IV se están utilizando cada vez más para lubricantes modernos.
Esta tendencia de utilizar aceites base más refinados y alternativas sintéticas se basa en el hecho de que generalmente tienen mejores características, como una mayor estabilidad al envejecimiento. Sin embargo, si bien los aceites base de mayor calidad tienen muchas ventajas, existen preocupaciones sobre algunas de sus propiedades cambiadas, que pueden provocar problemas, especialmente cuando se producen combinaciones desfavorables.
Una de esas consecuencias es el barniz, que puede deberse al rendimiento de disolución alterado del aceite base con respecto a los productos de envejecimiento y reacción. Otra consideración es el daño de los componentes y el lubricante, que puede ser causado por descargas electrostáticas. La conductividad del lubricante es un factor importante en la acumulación de carga, y la conductividad depende del tipo de aceite base utilizado (ver Tabla 2).
| Tipo de aceite | Conductividad (pS/m) a 23°C |
|---|---|
| Aceite base de Grupo I | 100-500 |
| Aceite base de Grupo II | 50-200 |
| Aceite base de Grupo III | 10-50 |
| Aceite base de Grupo IV (PAO) | < 10 |
| Fluidos sintéticos | < 10 |
Junto con el aceite base, los aditivos tienen un efecto significativo en la conductividad de un aceite. Cuanto mayor es la proporción de aditivos organometálicos, mayor es la conductividad del lubricante. Un ejemplo principal serían los aditivos organometálicos como los que se utilizan con frecuencia en el ditiofosfato de zinc (ZnDTP). Como aditivo multipropósito probado en aceites de motor e hidráulicos, el ZnDTP mejora la protección contra el desgaste y la corrosión, al tiempo que funciona como antioxidante.
Sin embargo, se considera que el zinc tiene implicaciones peligrosas para la salud, por lo que se debe evitar en gran medida el ZnDTP. Esto significa que la conductividad del aceite disminuye y el riesgo de carga estática aumenta.
La conductividad de un lubricante no solo está influenciada por el aceite base y el paquete de aditivos, sino que también depende de la temperatura. Cuanto más alta es la temperatura, mayor es la conductividad del aceite. Desafortunadamente, no existe una correlación lineal entre los dos parámetros, ya que cada tipo de aceite tiene su propia relación conductividad/temperatura.
Además, a una temperatura constante, la conductividad aún cambia durante el funcionamiento debido a las reacciones de los aditivos, los metales de desgaste, las reacciones con las superficies metálicas, el agua y la formación de productos de envejecimiento y oxidación.
Cargas Electrostáticas
Aunque el monitoreo de la conductividad hasta ahora no ha logrado mucho éxito en el área de la tecnología de sensores, está adquiriendo importancia con respecto a las cargas y descargas electrostáticas en los sistemas de lubricación e hidráulicos.
En los sistemas de circulación de aceite, las cargas electrostáticas generalmente pueden ocurrir si hay fricción en el flujo entre el aceite y las superficies que lo rodean. La fuerza de la carga estática depende de muchos factores diferentes y en parte interconectados.
La densidad de energía, que se acumula en el sistema y conduce a descargas posteriores, depende de la conductividad y el flujo volumétrico del aceite. Cuanto más aceite fluye a través de una tubería de circulación y menor es la conductividad del aceite, mayor es el potencial de una carga electrostática.
El aceite puede cargarse electrostáticamente especialmente si:
- Está formulado con un aceite base del Grupo II o III.
- No contiene aditivos polarizantes (que contienen zinc).
- La conductividad del aceite nuevo o viejo es inferior a 400 pS/m.
- Se introduce en tuberías demasiado pequeñas.
- Se mueve con una velocidad de flujo demasiado alta.
- Produce fricción en elementos de filtro mal diseñados.
- Las tuberías y las mangueras no están conectadas a tierra.
- El nivel de aceite ha bajado demasiado.
- Contiene altas proporciones de aire no disuelto (burbujas).
Descargas Electrostáticas y Posibles Consecuencias
Si el nivel de carga eléctrica en el sistema se vuelve demasiado grande, se producirá una descarga electrostática (ESD). En tales casos, se producen microchispas o chispas. Típicamente, se escuchará un crujido o un clic cerca del filtro o en el tanque.
Si la carga es lo suficientemente alta, la descarga podría repetirse varias veces en rápida sucesión. Las descargas se producen principalmente en áreas con combinaciones de materiales muy diferentes. Los filtros modernos con una alta proporción de plástico a menudo se ven afectados.
Las microchispas causadas por una carga estática pueden provocar temperaturas que se acercan a los 1000 °C. Esto puede ser extremadamente peligroso si los fluidos son incluso ligeramente inflamables. Además, si se han formado vapores de hidrocarburos en el área de ventilación del tanque, el sistema podría encenderse espontáneamente.
Sin embargo, cuando ocurren chispas de descarga dentro de una turbina o un sistema de circulación de aceite hidráulico, normalmente se sofocan muy rápidamente por el aceite. Sin embargo, estas mini explosiones pueden quemar agujeros en los filtros o incluso dañar seriamente el aceite debido a la acumulación de lodos aumentada.
Efectos en los Aceites de Turbina e Hidráulicos
En los últimos años, las cargas y descargas electrostáticas se han producido con mayor frecuencia en los sistemas de aceite de turbina e hidráulico. Varios desarrollos son responsables de esto, que incluyen:
- Los fluidos hidráulicos y los aceites de turbina modernos se han vuelto cada vez menos conductores debido a la tendencia global de utilizar aceites base y aditivos modernos. Anteriormente, los aceites de turbina se basaban en aceites base de Grupo I relativamente conductores y ligeramente refinados. Actualmente, se están utilizando aceites base de Grupo II más resistentes a la oxidación, mejor refinados o incluso parcialmente sintéticos de Grupo III, especialmente para aceites de turbina de gas. Estos aceites son considerablemente menos conductores. Además, los aceites de turbina normalmente contienen muy pocos aditivos organometálicos, lo que ayuda a prevenir la formación de depósitos no deseados (barnices).
- Los nuevos sistemas cuentan con un diseño más compacto con una capacidad de tanque considerablemente menor y un volumen desplazado proporcionalmente mayor.
- Los requisitos de pureza del aceite han aumentado. Esto, a su vez, ha llevado a mayores tasas de filtración.
- La intensidad de la filtración y las propiedades de carga electrostática del aceite (resultantes de la filtración) han aumentado.
- La baja conductividad de los aceites, que a menudo es muy inferior a 1000 pS/m en ciertas condiciones, ha provocado una mayor tendencia a la carga electrostática.
Medir la Conductividad para Prevenir Daños
Para evitar daños por descargas electrostáticas, se debe identificar algo más que la conductividad del aceite nuevo. El parámetro también es importante para los lubricantes más antiguos, especialmente cuando se trata de cantidades mayores, si no se sabe nada sobre el aceite usado o si se nota un olor a quemado o partículas de hollín.
Por lo tanto, algunos laboratorios de análisis de aceite ahora ofrecen mediciones de conductividad a diferentes temperaturas. El proceso ha sido probado durante varios años y se realiza de acuerdo con ASTM D262Originalmente fue desarrollado para inspeccionar queroseno de avión para evitar accidentes causados por la carga de combustible para aviones.
Como se mencionó anteriormente, el valor de conductividad del aceite se mide en pS/m. Si la conductividad es superior a 400 pS/m a 20 °C, hay poco riesgo de daño al aceite o al sistema por cargas electrostáticas. Sin embargo, si el valor es más bajo, existe una posibilidad muy real de que ocurra el fenómeno.
Si se está utilizando un aceite con un riesgo de ESD aumentado, conectar a tierra todo el sistema no es una opción viable. El voltaje dentro del sistema no se puede descargar a través de un cable de conexión a tierra. Afortunadamente, existen varios otros enfoques para la prevención.
4 Formas de Prevenir Problemas Electrostáticos
- Instalar filtros especiales sin estática en lugar de cartuchos de filtro convencionales. Estos filtros pueden descargar o incluso evitar que se produzca la carga.
- Utilice un aceite con una composición diferente y un valor de conductividad más alto.
- Elija o modifique las combinaciones de materiales del sistema para que la formación de microchispas se evite a pesar de una carga electrostática.
- Optimice el diámetro del flujo, los tiempos de retención del tanque o los volúmenes del tanque para minimizar el potencial de carga.
La conductividad eléctrica del aceite de motor es un factor crítico que debe considerarse en los sistemas modernos. Entender cómo los factores como el tipo de aceite base, los aditivos y la temperatura afectan la conductividad, así como las consecuencias de las descargas electrostáticas, es crucial para garantizar la seguridad y el rendimiento de los equipos. Las medidas preventivas, como el uso de filtros especiales sin estática y la optimización de los sistemas, pueden ayudar a evitar problemas electrostáticos y proteger los equipos y la seguridad de los operadores.
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