Análisis de agua en aceites lubricantes

Revista Lubes em Foco edición 98

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por: Isabela Magri, Especialista de Aplicação
Jorge Perrotta, Engenheiro de Aplicação

La presencia de agua en los aceites lubricantes compromete el rendimiento y la vida útil de los sistemas mecánicos e hidráulicos. El agua acelera la oxidación del aceite, favorece la corrosión de las superficies metálicas, altera la viscosidad y contribuye al agotamiento de los aditivos y a la formación de lodos. En los aceites hidráulicos y fluidos de transmisión, el agua también se asocia con el desgaste de los componentes. Por lo tanto, controlar el contenido de agua es un parámetro fundamental en el control de calidad, en el análisis de los aceites en uso y en los programas de mantenimiento predictivo.
La titulación de Karl Fischer es el método de referencia establecido para cuantificar el agua. Se reconoce por su sensibilidad a bajos niveles y sigue siendo ampliamente utilizado. Paralelamente, la evolución instrumental ha dado lugar a una alternativa física: la determinación del agua mediante un sensor de humedad relativa. Este método elimina la necesidad de reactivos químicos, genera menos residuos y proporciona resultados en pocos minutos, características que se ajustan a los laboratorios modernos y a los objetivos de sostenibilidad.

Principio del método del sensor de humedad relativa

El método es físico y se basa en la vaporización controlada del agua. La muestra se coloca en un vial con un septo y se calienta en un horno a temperaturas ajustables de 25 °C a 300 °C. El calentamiento libera los compuestos volátiles presentes en la muestra. Un gas portador seco transporta estos compuestos volátiles desde el vial hasta el bloque sensor.
El bloque contiene un sensor de humedad relativa de tipo condensador de polímero. El sensor responde específicamente al agua. La medición no es una lectura directa del sensor. El resultado integra tres variables, procesadas por un microprocesador: la señal del sensor de humedad relativa, la temperatura del bloque sensor y el flujo del gas portador. Es esta combinación de parámetros, y no la lectura aislada del sensor, la que permite determinar el contenido de agua en matrices de composición variable. La especificidad del método radica exclusivamente en la respuesta del sensor al agua, y no en la naturaleza de los compuestos volátiles transportados.
Antes del análisis, se realiza una purga para eliminar la humedad residual del vial. Un vial aparentemente seco retiene microgotas de agua en sus paredes y atrapa la humedad ambiental al cerrarse. Las pruebas indican que, en condiciones normales, esta contribución varía entre 200 y 400 µg, dependiendo de la humedad ambiental. Un purgado de 30 a 45 segundos reduce esta contribución antes de medir el contenido de agua de la muestra.

Método Karl Fischer

El titulador Karl Fischer es el equipo dedicado a esta técnica de determinación de agua, ampliamente estandarizada y reconocida por su sensibilidad en la medición de bajos contenidos de humedad. El equipo de titulación Karl Fischer promueve una reacción química estequiométrica entre el agua, el yodo, el dióxido de azufre y una base en un medio alcohólico. El instrumento dosifica el reactivo hasta alcanzar el punto final de la reacción, y el resultado se obtiene a partir del consumo de reactivo, proporcional a la cantidad de agua presente en la muestra.

Diferencia en comparación con el método del sensor de humedad relativa

El método del sensor de humedad relativa no provoca una reacción química con la muestra. La determinación es exclusivamente física, basada en el vapor de agua detectado por el sensor. Esta diferencia tiene consecuencias prácticas. El método físico elimina la preparación de reactivos, las estandarizaciones frecuentes y la eliminación de residuos químicos. Además, reduce el riesgo de errores asociados a la contaminación de los reactivos por la humedad atmosférica.

Selectividad y factores de interferencia

La titulación de Karl Fischer puede verse afectada por la interferencia de compuestos que reaccionan con el reactivo de titulación, como cetonas, aldehídos y aminas. En aceites con ciertos aditivos, esto requiere adaptaciones del método. El método del sensor de humedad relativa no depende de reacciones químicas y es menos susceptible a este tipo de interferencia.
Sin embargo, el método físico presenta sus propios interferentes. El hidróxido de amonio, el etanol, el metanol y la acetona son incompatibles con el sensor y no deben incluirse en la muestra. En los aceites lubricantes, estas sustancias son poco frecuentes, lo que favorece la aplicación del método en esta clase de productos.

Ventajas operativas y medioambientales

La ausencia de reactivos simplifica el procedimiento y reduce la necesidad de formación especializada. El método elimina la manipulación y eliminación de disolventes alcohólicos, yodo y dióxido de azufre, lo que reduce la exposición laboral y la generación de residuos peligrosos. El mantenimiento es menor: a diferencia de la titulación de Karl Fischer, que requiere la limpieza periódica de los electrodos y la sustitución de reactivos, este método físico no requiere la sustitución de electrodos ni reactivos. La calibración se realiza mediante tubos capilares con trazabilidad al NIST y se verifica en pocos minutos.
La rapidez supone una ventaja significativa en el uso rutinario. El tiempo de análisis varía según la matriz y la temperatura aplicada, generalmente entre unos pocos minutos y unos 16 minutos. En laboratorios con alto volumen de muestras, esto representa un aumento de la productividad.
Rendimiento y correlación con la titulación de Karl Fischer.
Existen en el mercado instrumentos basados ​​en esta tecnología capaces de detectar contenidos de agua tan bajos como 10 ppm, con una resolución de 1 ppm y una precisión de ±5% a 1000 µg de agua liberada. La repetibilidad, expresada por el coeficiente de variación, suele ser inferior al 10% para contenidos superiores al 0,1% e inferior al 15% para contenidos inferiores al 0,1%.
Los siguientes resultados comparan los valores promedio obtenidos por ambos métodos en tres matrices, a modo de ejemplo. Los análisis mediante sensor de humedad relativa se realizaron en un analizador Computrac® Vapor Pro® XL (AMETEK Brookfield). Los tiempos de análisis se refieren al método del sensor de humedad relativa.
La diferencia relativa entre los métodos fue inferior al 2% en las tres matrices: 0,3% en aceite hidráulico, 0,1% en gasóleo y 1,5% en fluido de transmisión. Se trata de una comparación punto por punto, de carácter ilustrativo, y no de un estudio de validación. La equivalencia analítica entre el método físico y la titulación de Karl Fischer se establece mediante la norma ASTM D7546 y la correlación documentada con la norma ASTM D6304. El sensor capacitivo detecta pequeñas variaciones en la humedad relativa del gas portador, lo que proporciona una buena repetibilidad y reduce la variabilidad asociada a la preparación manual de reactivos.

Comparación entre los métodos

Normalización

El método del sensor de humedad relativa se aplica a aceites lubricantes y aditivos nuevos y usados ​​según la norma ASTM D7546, que describe la determinación de la humedad en estos productos mediante un sensor de humedad relativa. El mismo principio se extiende a otros fluidos derivados del petróleo. Los resultados se correlacionan con el método de titulación Karl Fischer estándar de la industria, ASTM D6304, aplicable a productos derivados del petróleo, aceites lubricantes y aditivos mediante titulación coulométrica. Esta correlación respalda la adopción del método físico en el control de calidad y las rutinas de mantenimiento predictivo.

Conclusión

El control del agua en los aceites lubricantes puede realizarse mediante diversas técnicas. La titulación de Karl Fischer es ampliamente utilizada, y el método del sensor de humedad relativa ha sido adoptado por laboratorios en Brasil y en todo el mundo para el análisis de agua en aceites lubricantes nuevos y usados, proporcionando resultados rápidos y reproducibles que se correlacionan con métodos de referencia estandarizados. Al eliminar la necesidad de reactivos y no generar residuos químicos, este método físico contribuye directamente a los objetivos de sostenibilidad de los laboratorios. En este contexto, se consolida como una opción moderna, limpia y productiva, alineada con el futuro del análisis en el sector de los lubricantes.