L'acqua è il peggior nemico dei motori diesel│Donaldson Engine & Vehicle

Il gasolio contiene inevitabilmente una certa percentuale di acqua. L'obiettivo è quello di mantenere tali livelli entro limiti accettabili, ben al di sotto del punto di saturazione. Rimuovere dal carburante l'acqua in eccesso può essere difficoltoso, pertanto, l'approccio più efficace è quello di prendere tutte le precauzioni ragionevoli per proteggere il serbatoio dall'ingresso dell'acqua e monitorarlo regolarmente. In questo modo la necessità di rimozione dell'acqua può essere ridotta al minimo. Per poter sviluppare una buona strategia di gestione dell'acqua, è importante comprendere come misurarne il contenuto e valutarne i risultati.

Il problema

Nei componenti e nelle infrastrutture del sistema di alimentazione l'acqua provoca ruggine e corrosione. I moderni sistemi di alimentazione hanno minor tolleranza di quelli a pressione inferiore, tanto da far specificare ai produttori che l'acqua libera non deve raggiungere il motore.

Danni diretti provocati dall'acqua

L'acqua provoca danni sia ai serbatoi del carburante sia ai componenti del motore. La ruggine e la corrosione nel serbatoio creano particolato duro che, trasmesso al carburante, logora il motore. La durata dei componenti è inoltre compromessa da usura per corrosione, erosione, cavitazione e sfaldamento, come:

Ruggine: L'acqua, a contatto con le superfici in ferro e acciaio, produce ossido di ferro (ruggine). Come ogni particella dura, le particelle di ruggine che penetrano nel carburante provocano usura abrasiva delle parti. L'usura prematura può causare il malfunzionamento delle parti.

Corrosione: La corrosione è una delle cause più comuni dei problemi agli iniettori. L'acqua si combina con gli acidi nel carburante, corrodendo metalli ferrosi e non ferrosi. L'abrasione è più grave quando le superfici metalliche esposte sono nuove e si corrodono facilmente. L'iniettore sulla destra era di nuova installazione ma si è guastato in meno di 300 ore a causa della rapida corrosione.

Abrasione: L'acqua ha una viscosità inferiore rispetto al gasolio, quindi fornisce meno spessore lubrificante fra le superfici a contatto delle parti in movimento. Questo causa una maggiore usura abrasiva.

Incisione con acidi: L'incisione con gli acidi è causata dal deterioramento del carburante indotto dall'acqua che produce acido solfidrico e acido solforico che "mangiano" le superfici metalliche.

Vaiolatura e cavitazione: La vaiolatura è causata dall'acqua libera che provoca piccoli scoppi sulle superfici metalliche calde. La cavitazione è causata dalle bolle di vapore che si contraggono rapidamente (implodono) quando esposte a un'improvvisa alta pressione e si condensando tornando a uno stato liquido. Le gocce di acqua colpiscono una superficie ridotta con grande impatto, erodendo per fatica tale superficie.

Sfaldamento: È causato dall'infragilimento da idrogeno e dalla pressione. L'acqua viene forzata in fessure microscopiche sulle superfici metalliche. Quindi, sotto pressione estrema, si decompone e rilascia idrogeno provocando una "mini-esplosione" che allarga le fessure e produce particelle da usura.

Ghiaccio: L'acqua libera nel carburante può congelare, cristallizzandosi e comportandosi come qualsiasi altro particolato duro. Può provare usura nei sistemi di alimentazione e (in grandi volumi) intasare i filtri carburante. Il compito di un filtro carburante è proteggere il motore bloccando il particolato duro. Motori e filtri non distinguono fra sporco e ghiaccio. I danni provocati dal ghiaccio possono essere difficili da diagnosticare correttamente poiché il ghiaccio si scioglierà e scomparirà molto prima che si possa condurre un esame attento.

Danni indiretti causati dall'acqua

L'acqua provoca indirettamente, o aggrava, anche diversi problemi, ad esempio:

Solidi morbidi: L'acqua è una molecola polare. Anche alcune sostanze chimiche negli additivi sono polari. Gli idrocarburi sono apolari. Ciò significa che l'acqua e le sostanze chimiche polari sono attratte l'una dall'altra. In presenza di acqua libera, le molecole chimiche a volte si dissociano dalla catena idrocarburica dell'additivo e si combinano con le molecole di acqua per formare una nuova sostanza. Il nuovo materiale è un solido morbido che precipita dal carburante, può ostruire rapidamente i filtri o creare depositi nel motore. Vedi alla sezione della stabilità additiva per ulteriori informazioni.

Crescita microbica: Come la maggior parte degli organismi viventi, batteri e funghi (muffe) sopravvivono grazie a nutrimento e acqua. Il presenza di acqua libera, la crescita microbica può proliferare, creando fanghi che sporcano il carburante e acidi che corrodono il serbatoio e il sistema di alimentazione.

Ossidazione del carburante: L'acqua libera accelera il processo di ossidazione e agevola la formazione di acidi, gomme e sedimenti noti generalmente come prodotti del deterioramento del carburante.

Stati dell'acqua nel gasolio

Tutte le miscele di gasolio contengono una certa percentuale di acqua disciolta. Le molecole di acqua rimangono parte del carburante fino a quando non sono in eccesso. Il punto nel quale il carburante non può trattenere più particelle di acqua è chiamato punto di saturazione. La quantità di acqua nel carburante è misurata in ppm (parti per milione). Finché la presenza di acqua è al di sotto del punto di saturazione come acqua disciolta, in genere crea problemi. I problemi significativi iniziano quando l'acqua si separa dal gasolio e si trasforma in acqua libera o emulsionata. L'acqua emulsionata è un altro stato dell'acqua libera: le gocce sono così piccole e ben miscelate nel carburante che rimangono sospese e non precipitano sul fondo. Quando l'acqua è completamente disciolta nel carburante, non ci sono "gocce".

In che modo l'acqua entra nel carburante?

L'acqua è in grado di provenire da numerose fonti, alcune delle quali estremamente difficili da gestire.

Alla consegna dal fornitore
Precipitazione di acqua libera (oltre il punto di saturazione)
Condensa nel serbatoio
Perdite nel serbatoio (pioggia, lavaggio a pressione, acqua di falda...)
Ingresso dall'atmosfera (umidità)
Errore umano (sfiati, raccordi di riempimento, guarnizioni ecc. non adeguatamente protetti)

La soluzione

Misurazione del contenuto di acqua

Esistono diversi metodi per misurare il contenuto di acqua nel carburante. Alcuni vengono eseguiti in laboratorio, altri possono essere eseguiti in loco. È importante comprendere il genere di informazioni che possono fornire questi diversi test. Il metodo più comune per verificare la presenza di acqua nei serbatoi del carburante, probabilmente è quello di "immergere" un'asta lunga nel serbatoio utilizzando una speciale pasta per rilevamento. Questo metodo è rapido, semplice ed eseguibile in loco: è possibile verificare la presenza di acqua libera sul fondo del serbatoio.

I sensori di presenza dell'acqua si possono installare in linea e forniscono risultati affidabili in tempo reale. Misurano il contenuto di acqua disciolta nel carburante e restituiscono, in percentuale, l'umidità relativa del gasolio. Il risultato massimo è 100%, il che significa che il carburante ha raggiunto il suo punto di saturazione e non in grado di trattenere altra acqua in soluzione. Questo metodo di prova non indicherà quanta acqua libera c'è nel serbatoio.

Il metodo di Karl Fischer. l'acquametria, è un test di laboratorio utilizzato dal 1935 per determinare il contenuto di acqua in un campione di fluido. Il test è estremamente preciso e richiede solo una piccola quantità di campione. Rileva anche minuscole quantità di acqua disciolta, fino a circa 50 ppm nel gasolio. È in grado di misurare il contenuto di acqua sia al di sotto sia al di sopra del livello di saturazione (acqua disciolta e libera). Nelle prassi di laboratorio può essere utilizzato per determinare il livello di saturazione dell'acqua del carburante in diverse condizioni. Sebbene i test di laboratorio siano in genere più precisi dei test sul campo, possono essere molto meno accurati. Questo può disorientare. Il motivo per cui il test di laboratorio può essere meno accurato è che il campione stesso potrebbe essersi modificato fra il momento in cui è stato prelevato dal serbatoio e il momento in cui è stato testato in laboratorio.

Una delle caratteristiche del gasolio è quella di trattenere una maggiore quantità di acqua in saturazione con temperature più elevate rispetto a quando le temperature sono più rigide. Se il gasolio nel serbatoio è freddo, potrebbe essere oltre il punto di saturazione. In questo caso l'acqua libera si può inserire nell'apparecchiatura causando enormi problemi. Se invii il medesimo campione a un laboratorio, probabilmente la temperatura lì sarà superiore a quella del serbatoio. Il carburante si scalderà, l'acqua tornerà in soluzione e potrebbe sembrare che tu non abbia alcun problema. Lo stesso tipo di difficoltà di diagnosi si può verificare con i cristalli di ghiaccio. Le "prove" scompaiono a temperatura ambiente.

Qual è la quantità di acqua corretta?

La risposta più semplice sarebbe: nessuna. Ma ciò non è né pratico né realistico. Tutte le miscele di gasolio contengono una certa percentuale di acqua. La cosa più importante è mantenere l'acqua al di sotto del punto di saturazione in modo che rimanga disciolta e non entri nella tua apparecchiatura come acqua libera. I produttori di macchinari specificano che l'acqua libera non deve assolutamente raggiungere il motore. I punti di saturazione variano da circa 50 ppm a 1800 ppm a seconda della temperatura e del rapporto fra gasolio fossile/biodiesel. Come puoi vedere nel grafico, il biodiesel può contenere molta più acqua in saturazione rispetto al suo equivalente derivato dal petrolio. La miscela fra gasolio fossile e biodiesel, tuttavia, non produce una quantità di umidità che sia matematicamente proporzionale. La miscela manterrà in soluzione una quantità inferiore della somma delle parti, il che significa che la precipitazione di acqua libera si può verificare quando i due vengono miscelati.

Come prevenire l'immissione di acqua libera nel carburante

Per capire come evitare l'acqua nel carburante, bisogna prima capire il suo ingresso. L'acqua è in grado di provenire da numerose fonti, alcune delle quali estremamente difficili da gestire.

Alla consegna dal fornitore: Quando lascia la raffineria, il gasolio è relativamente pulito e asciutto, tuttavia attraverso la consegna verranno incluse quantità variabili di acqua. La quantità di acqua ricevuta dal fornitore dipende in gran parte dalle circostanze e dalle prassi di gestione. Che cosa puoi controllare? Oltre a cambiare potenzialmente fornitore o a negoziare un contratto che gravi sul distributore, puoi provare quanto segue:

Essere il primo che riceve la consegna, non desideri che acqua e agenti contaminanti si depositino sul fondo del serbatoio.
Installare un sistema di rimozione dell'acqua all'ingresso del serbatoio.

Ingresso dall'atmosfera: Proprio come l'aria, il gasolio ha un'umidità relativa e le due tendono a equalizzarsi. Ciò significa che se l'aria è più umida del carburante, questo assorbirà l'umidità dall'aria. Tuttavia se l'aria è più secca del carburante, l'umidità evapora nuovamente nell'aria finché l'umidità relativa di entrambe non è uguale.

Precipitazione di acqua libera: Il gasolio trattiene una certa quantità di acqua in soluzione (cioè acqua disciolta). Quando il contenuto di acqua supera il punto di saturazione, l'acqua in eccesso precipiterà come acqua libera. Ciò si verifica quando il contenuto totale di acqua aumenta o quando il gasolio si raffredda. Il tuo gasolio può contenere 90 ppm di acqua disciolta quando è tiepido, ma solo 60 ppm quando si raffredda a causa del clima più freddo. La differenza di 30 ppm precipita come acqua libera e si deposita sul fondo del serbatoio.

Condensa nel serbatoio: Quando la temperatura al di fuori del serbatoio è maggiore che all'interno, si formerà della condensa che entrerà nel carburante. Questo può accadere diverse volte, sviluppando ogni volta una maggiore quantità di acqua libera.

Perdita nel serbatoio: Pioggia, lavaggi a pressione o acqua di falda possono essere fonti di ingresso di acqua in un serbatoio danneggiato o sigillato impropriamente. I serbatoi interrati (ad esempio nelle stazioni di rifornimento) talvolta possono avere ingressi sottoterra. L'area attorno al tappo può facilmente riempirsi di acqua piovana. Se il livello dell'acqua è al di sopra del tappo, una volta rimosso, la gravità farà finire l'acqua nel serbatoio.

Potrebbe piacerti...

Articolo tecnico

Come utilizzare i filtri di assorbimento dell'acqua

I filtri assorbimento acqua sono fondamentali per evitare la dispersione di acqua nella tua apparecchiatura.

Rimozione dell'acqua dal carburante

La rimozione dell'acqua è più semplice nelle regioni con oltre 500 ppm di zolfo nel gasolio rispetto a quello ULSD (Ultra-low-sulfur diesel cioè con meno di 15 ppm di zolfo). Il dispositivo di scivolamento del filtro a sinistra, ad esempio, è stato progettato per l'uso in Sud Africa, dove è abbastanza efficace. I coalescenti e i separatori di acqua funzionano molto più efficacemente nei combustibili con maggior tenore di zolfo. Questo perché il gasolio con maggior tenore di zolfo necessita di molto meno additivo e, di conseguenza, contiene quantità decisamente minori di tensioattivo.

Il tensioattivo è una sostanza saponosa che ricopre i mezzi per la coalescenza/separazione dell'acqua, compromettendone gravemente le prestazioni.

La maggiore quantità di tensioattivo nell'ULSD disabilita i mezzi per la coalescenza, rendendolo quasi inefficace.

I produttori pubblicano l'efficienza dei filtri in base agli attuali standard dei test di settore. Gli standard attuali sono stati sviluppati alcuni anni fa e sono progettati per test comparativi di laboratorio utilizzando un carburante trattato in modo coerente. Questa modalità è adatta ai test di confronto, ma non riflette necessariamente l'efficienza del filtro in condizioni reali. Per preparare il carburante ULSD per i test di laboratorio, gli standard richiedono la rimozione di tutti i tensioattivi. Il realtà l'ULSD senza tensioattivi (ovvero senza additivi ) distruggerebbe i motori. Tutti gli ULSD idonei all'uso dei macchinari contengono additivi e tensioattivi, quindi il carburante stesso disabilita efficacemente i filtri a coalescenza.

Quindi, anche se probabilmente non vedrai una diminuzione dei livelli di efficienza dei coalescenti nelle pubblicazioni, ciò che noterai in letteratura è l'aumento della menzione degli assorbitori di acqua. Molto spesso, le aziende che ancora commercializzano coalescenti nelle aree di ULSD, ora menzionano la necessità di aggiungere assorbitori di acqua dopo l'aggiunta di coalescente. Non c'è altro modo per garantire la rimozione dell'acqua libera.

Sfortunatamente, il modo migliore per rimuovere grandi volumi di acqua depositata è drenare il serbatoio. È molto semplice, ma non economico né conveniente. È possibile impedire l'ingresso dell'umidità ambientale e di condensa nel gasolio attraverso l'uso di buoni sfiatatoi con essiccante, in combinazione con una coltre di aria secca (o azoto) immessa nello spazio di testa del serbatoio ed emessa attraverso lo sfiatatoio. Come spiegato in precedenza, l'umidità relativa del gasolio tenderà all'umidità relativa (o "secchezza") dell'aria. Con il passare del tempo, l'umidità nel gasolio verrà rilasciata nuovamente nell'aria secca finché il gasolio non avrà la stessa umidità dell'aria.

La chiave per una buona gestione dell'acqua nel carburante è ridurre al minimo il contenuto di quella disciolta ed eliminare del tutto quella libera.