LA INFLUENCIA de la CALIDAD del AGUA sobre la VIDA UTIL de las EMULSIONES de ACEITES SOLUBLES El agua es el componente mayoritario en cualquier emulsión de un aceite soluble. Su proporción varía entre un mínimo de 90% y un máximo de 99%. Por lo tanto no puede ignorarse la calidad ó cualidad de la misma sobre la estabilidad de la emulsión y sus propiedades. Su corrosividad, tendencia formar cremas, rancidez, espuma, o cualquier otra propiedad asociada a la performance de la emulsión, está condicionada por la composición y calidad del agua. Agua no acondicionada para emulsiones de mecanizado puede considerarse “no adecuada” para ese uso. Aun el agua de lluvia no es pura. Algunas impurezas parecen no tener influencia, mientras otras afectan las emulsiones drásticamente. Generalmente se produce una interacción química entre los componentes del agua y otros de los aceites solubles. Por ello la elección adecuada del agua para trabajar con un dado aceite soluble afecta directamente la vida útil de la emulsión y su performance.
La calidad del agua La calidad del agua está directamente asociada a su origen. Puede o no contener minerales ó sales disueltas, gases, materia orgánica, microorganismos solos o mezclados entre si. La cantidad de sales minerales disueltas para agua de río ó de napa, está asociada a la composición del suelo del cual forma parte. El agua original de una napa, en general contiene mayor cantidad de sales disueltas que el agua originaria de un río ó de un lago. Mientras el agua de río es más rica en gases y microorganismos. Es necesario conocer en profundidad la composición que será usada para preparar una emulsión de aceite soluble. De esta forma es posible estimar el efecto que el agua tendrá sobre la vida útil de la emulsión. El conocimiento de las siguientes propiedades del agua será suficiente en la mayoría de los casos: n n n n n n n
Dureza total como ppm de carbonato de calcio, °d de dureza alemana, °F de dureza francesa Alcalinidad “P” como carbonato de calcio Alcalinidad “M” como carbonato de calcio Cloruros Fosfatos Sulfatos pH
Dureza Total La dureza total es la que mayor influencia tiene sobre la calidad de las emulsiones. La dureza se origina en los minerales de calcio y magnesio disueltos en el agua. Usualmente se los informa como ppm (partes por millón) y se los expresa como carbonato de calcio (CaCO3). La dureza ideal para preparar una emulsión de aceite soluble es de 80 a 125 ppm. El término “blando” es usado para aguas con una dureza total < a 100 ppm mientras el término se usa cuando la dureza supera las 200 ppm.
Influencia del Agua Blanda Cuando la dureza del agua es menor que 75 ppm, el aceite soluble puede producir emulsiones que formen espuma, sobre todo en sistemas en los cuales la emulsión está sometida a mucha agitación. La formación de espuma conduce a interferencias con los separadores de viruta y filtros, produce derrames, impide la separación de finos de mecanizado disminuye la visión de la operación, contribuye a la corrosión y disminuye la capacidad de refrigeración de la emulsión. Si bien los aceites solubles convencionales y semisintéticos tienen mayor tendencia espumar en aguas blandas, esta tendencia puede disminuir a medida que la emulsión se ensucia con virutas y aceites de lubricación. La espuma debe ser eliminada inmediatamente determinando la causa de su origen (verificar presión y orientación de los picos
de proyección de emulsión, funcionamiento de bombas, el nivel de líquido en el reservorio y ubicación del caño de retorno al tanque) o agregando antiespumantes apropiados. Como antiespumante de emergencia puede recurrirse al agregado de kerosene, aceites lubricantes de baja viscosidad ó endurecer artificialmente el agua mediante el agregado de sales apropiadas (acetato de calcio).
Influencia del Agua Dura Algunos aceites solubles, en presencia de aguas duras, conducen a la formación de jabones de calcio y/o magnesio insolubles quienes aparecen como cremas que se pegan a la máquina, obturan filtros, cañería, y pegotean la viruta. Los minerales disueltos reaccionan también pueden reaccionar con emulsionantes aniónicos. Por ambos efectos, es frecuente que una emulsión de aceite soluble convencional, pierda estabilidad durante el uso generando aceite separado en la superficie de la emulsión. Los aceites solubles semi-sintéticos y sintéticos son menos influenciados por la dureza del agua. No obstante debido la reacción que se produce entre el calcio y magnesio con los emulsionantes, las emulsiones se enturbian disminuyendo su performance inicial. En un mes de trabajo, debido a la evaporación de agua y relacionado con la presión y caudal de las bombas, dimensión de los reservorios y temperatura ambiente, la emulsión puede duplicar triplicar ó quintuplicar su contenido en sales original. A esto se suma el agregado de aceite soluble para mantener la concentración de la emulsión. Por lo tanto una emulsión puede deteriorarse rápidamente aun cuando el agua de partida sea llamada “blanda”. La evolución del contenido de sales de la emulsión debe controlarse midiendo la variación de la dureza y su salinidad ó conductividad.
Acondicionamiento o Tratamiento del Agua Existen 2 tratamientos de uso habitual para el tratamiento de aguas duras: 1) ablandamiento y 2) desmineralización. En el caso del ablandamiento, el agua pasa a traves de una resina intercambiadora de zeolita. El ablandador intercambia iones de calcio y magnesio (positivos eléctricamente) por iones de sodio. La cantidad total de sales minerales disueltas no cambia, pero los iones de sodio no generan jabones duros. Los iones negativos y corrosivos no son removidos por la zeolita y al permanecer en la emulsion pueden ser causa de corrosion o depositos salinos. Por ello no se recomienda el uso de aguas “ablandadas” en la preparación de emulsiones de aceites solubles. Los desmineralizadotes y los equipos de osmosis inversa conducen a aguas realmente desmineralizadas. Los desmineralizadotes ablandan totalmente o selectivamente dependiendo del numero y tipos de lechos a traves de los cuales debe pasar el agua. No es necesario obtener agua pura para preparar emulsiones. Un nivel de dureza de 80-125 ppm es recomendable. En general, un sistema de resinas de 2 lechos produce agua de la calidad adecuada. La osmosis inversa fuerza al agua a pasar por una membrana semipermeable a alta presion, removiendo del 90 al 95% de las sales disueltas.
pH El pH, también llamado potencial hidrógeno, es una expresión que ha sido creada para definir si una substancia es ácida, neutra o alcalina. Si el valor de pH es 7 se trata de una substancia neutra, si está entre 0 y 7 es ácida y si su valor está entre 7 y 14 es alcalina o básica. El agua proveniente de la naturaleza puede tener valores de pH entre 6,0 y 8,5, aunque en Argentina es normal que la magnitud se ubique entre 6,0 y 7,4 dependiendo del origen del agua y los gases o sales. Una emulsión de aceite soluble posee un poder de “bufferizado” que es capaz de neutralizar este efecto, de manera tal que el pH original del agua debe ser tenido en cuenta para interpretar su calidad, pero rara vez resulta una limitación para preparar una buena emulsión.
Alcalinidad El agua presenta 2 tipos de alcalinidades. Se las llama: * Alcalinidad “P” siendo la medida del ion CO3 expresado como CO3Ca también llamada alcalinidad permanente. * Alcalinidad “M” representa la suma de los iones CO3 y HCO3 (carbonato y bicarbonato), también se expresa en ppm. Se la llama alcalinidad total ó temporaria, debido a que su valor disminuye hasta el valor de la alcalinidad “P” )los bicarbonatos se transforman en carbonatos por calentamiento) si el agua es sometida a ebullición. Las emulsiones de aceite soluble cuando el valor de su pH se mantiene entre 8,8 y 9,5. Necesitan cierta alcalinidad para mantener la limpieza del sistema, evitar la rancidez por descomposición biológica, la y corrosividad de la emulsión sobre metales ferrosos. Por el contrario para evitar la corrosión de metales no ferrosos, resulta más conveniente que el pH no sea muy alcalino. Alta alcalinidad contribuye también a la remoción de la pintura de la máquina herramienta y a la irritación de la piel de sus operadores.
Cloruros
-
Cuando el contenido de iones cloruro ( Cl ) en el agua es elevado, más de 50 ppm, es más difícil para el aceite soluble poder controlar la corrosión del sistema. A veces contribuye un % mayor de soluble en la emulsión. En otras ocasiones no puede evitarse la desmineralización de iones cloruro del agua antes de preparar la emulsión.
Sulfatos
=
Los iones sulfato (SO4 ) afectan la capacidad del aceite soluble de prevenir la corrosión, aunque tengan menor efecto que los iones cloruro sobre este fenómeno electroquímico. Además, los sulfatos, contribuyen a crear un medio favorable para el crecimiento de bacterias. Si el contenido de sulfatos es superior a 100 ppm el control de la corrosión y la disminución de pH por rancidez de origen biológico es casi incontrolable.
Fosfatos La presencia de iones fosfato ( PO4≡ ) contribuye a generar alcalinidad y estimular el crecimiento de bacterias, generando irritación dérmica y rancidez. Si el agua usada para preparar la emulsión es analizada y se encuentran fosfatos, esta debe desmineralizarse para prevenir estos problemas. La tabla 1 enumera las impurezas más comúnmente encontradas como problemáticas como aguas para preparar emulsiones. También describe el efecto que produce cada impureza y la magnitud del problema.
Elección del tipo de tratamiento de agua Para elegir el tramiento de agua a realizar sobre aquella que se encuentra disponible para preparer una emulsión, debe tenerse presente los resultados del análisis de la misma, su composición ionica, la cantidad requerida, los costos operativos y el capital disponible. El ablandamiento del agua contribuye a la eliminación de las cremas insolubles que se forman en algunas emulsiones, pero aumenta la corrosividad si el sistema usado aumenta el % de sales blandas de sodio. Se recomienda la desmineralización mediante desionizadores u ósmosis inversa. Los desionizadores requieren una menor inversión de capital que la ósmosis inversa, pero costos operativos más altos. Los desionizadores suelen conducir a un agua mejor desmineralizada pero los lechos de resina requieren de una regeneración frecuente. Si no se hace en forma continua esta regeneración, la calidad del agua obtenida se deteriora y los lechos se convierten en caldo de cultivo de bacterias. Los equipos de ósmosis inversa no requieren regeneración, pero si necesitan un recambio continuo de membranas dependiendo de la calidad ó composición del agua a ser tratada. La vida útil de las membranas pueden prolongarse con un pretratamiento del agua por filtración. Cualquiera sea el método de desmineralización, el agua trada puede ser causa de formación de espuma de la emulsión recién preparada. Para evitar esta espuma, la emulsión inicial debería prepararse con una composición en sales controlada mientras que las reposiciones de agua para mantener el % de aceite soluble en los valores recomendados debe hacerse con agua desmineralizada. Las virutas y finos de rectificado o de otro origen aportan otro tipo de impurezas si el reservorio de emulsión y flitros de la máquina no son limpiados adecuadamente. Los costos de desmineralización son rápidamente compensados por los beneficios que se obtienen medidos como: • Mayor vida útil de la emulsión • Menor uso de aceite soluble • Reducción en el consumo de filtros • Menor pérdida de horas de trabajo por irritación dérmica • Menores costos por descarte de emulsión • Menor impacto ambiental Cualquier usuario de emulsions de aceite soluble podrá experimetar estos beneficios si incorpora a sus procedimientos de trabajo el uso de agua tratada ó acondicionada a la preparación de emulsiones de mecanizado.
Tabla 1
IONES SALINOS Calcio + Magnesio
EFECTO NOCIVO
PROBLEMA
Precipitan jabones Anulan emulgentes aniónicos Neutralizan emulsionantes Inhiben anticorrosivos Inhiben Biocidas
Inestabilidad de la emulsión Rancidez Obtura papel filtrante Ensucian máquina herramienta Acortan vida útil de emulsión
Reducción de pH Corrosividad
Corrosión de piezas y máquina Inestabilidad de la emulsión “Empastado” de la emulsión
Carbonato + Bicarbonato
Aumento de alcalinidad Disminución de estabilidad
Calcificaciones + incrustación Dermatitis Desbalance del producto Acorta vida útil emulsión
Cloruros mayores a 50 ppm
Corrosividad
Corrosión piezas y máquina Inestabilidad de emulsión Acorta vida útil
Sulfatos mayores a 100 ppm
Corrosividad Nutre bacterias
Corrosión piezas y máquina Inestabilidad de emulsión Acorta vida útil
Fosfatos
Aumentan alcalinidad total Estimulan crecimiento bacterias
Dermatitis Rancidez, baja pH Mal olor Acorta vida útil
Sulfato de sodio + otros sulfatos
Composición ideal del agua para preparar emulsiones Muchas industrias necesitan de aguas de calidad variable y las disponen en depósito en distintos tanques. Un caso particular es la industria metalúrgica que usa agua para preparar emulsiones de mecanizado. Para este uso la composición ideal del agua es la que se describe a continuación: PROPIEDAD
VALOR ESPERADO
Sales Totales Disueltas – mg/l -
0,5
Conductividad – microsiemens -
300
Turbidez – unidades -
0,2
Dureza Total – mg/l -
5,0
Hierro (Fe) – mg/l -
0,1
Cobre (Cu) – mg/l -
0,05
Nitratos – mg/l -
0,1
Oxígeno disuelto – mg/l -
4,0
pH Contenido microbiano
6,5 a 7,5 < 10
-3
