/ NOTE D’APPLICATION
La prévention de l’eau libre dans un système
de lubrification
L’eau libre se trouvant dans une
huile de lubrification peut causer
des défaillances majeures sur les
grandes installations mécaniques,
tout particulièrement dans les
applications où la présence d’eau est
constante comme dans les systèmes
de propulsion des navires et les
turbines hydroélectriques.
La formation d’eau libre
liée à la solubilité de
l’eau dans l’huile
Tout comme l’air, tout fluide (p. ex.
donc les huiles de lubrifications,
les fluides hydrauliques) possède
la faculté de retenir de l’eau à l’état
dissous au-dessous du point de
saturation. Une fois le point de
saturation de ce fluide atteint, toute
eau supplémentaire pénétrant dans
le fluide se sépare en “eau libre”
Teneur en eau (ppm)
L’eau libre empêche l’huile de former
une couche lubrifiante uniforme
sur les surfaces métalliques,
détériorant à la fois la performance
de lubrification et la capacité
de l’huile à protéger la machine.
L’équipement est alors endommagé
par la corrosion, la cavitation,
les micropiqûres et le chauffage
ponctuel. L’eau libre détruit les
additifs polaires de l’huile. Dans les
applications offshores, elle tend à
se faire encore plus destructrice en
raison de sa salinité, générant un
environnement plus corrosif pour les
métaux en contact avec elle.
En cas de fuite soudaine, une
couche d’eau libre peut se former
rapidement ; et si l’échantillonnage
de l’huile n’est effectué que
périodiquement, l’eau est des plus
probablement détectée trop tard et
un dommage est alors inévitable.
La surveillance en ligne permet à
l’opérateur de prendre les mesures
correctives nécessaires avant toute
défaillance effective.
Figure 1 Solubilité de l’eau dans différentes huiles de lubrification commerciales
(2001).Tests effectués à 31 °C.
observable sous la forme d’une
couche distincte – généralement
au-dessous l’huile.
La solubilité de l’eau dans les huiles
est typiquement très limitée. Le
point de saturation d’une huile est
affecté non seulement par le type
de l’huile de base, les additifs et les
antioxydants mais aussi par l’âge
du fluide, sa température et les
réactions chimiques s’y produisant
au cours de son cycle de vie. Il est
également courant que différentes
huiles commerciales utilisées pour
une même application aient une
capacité à retenir l’eau dissoute qui
varie fortement (Figure 1). Un niveau
d’humidité correct indiqué en ppm
(parties par million), en dessous du
point de saturation pour une huile
donnée peut se trouver au-dessus du
point de saturation d’une autre.
Les effets de la température
sur la solubilité
En cas de formation d’eau libre
au cours d’un arrêt, l’huile doit
d’abord être séchée ou le système
doit être remis en marche avec
une grande prudence et ne doit
pouvoir fonctionner que lorsque
la température de fonctionnement
normale est atteinte et que l’eau s’est
redissoute dans l’huile. Ce phénomène
se surveille plus facilement en
observant l’activité de l’eau
(Aw, cf. p. 3).
Il y a également lieu de noter que
l’huile chaude se trouvant dans le
réservoir peut facilement absorber
davantage d’eau si elle se trouve en
contact avec l’air ambiant. Ce genre
de “fuite” à long terme augmente
progressivement la contamination
de l’huile par l’eau.
Les effets du vieillissement de
l’huile sur la solubilité
La capacité d’une huile usée à retenir
de l’eau est notablement plus élevée
que celle d’une huile neuve. Ceci
est dû aux réactions chimiques se
faisant au cours de la vie du fluide,
qui modifient la solubilité. Il s’agit là
d’un point très important à prendre
en compte lors d’une vidange ou
lors de l’ajout d’huile fraîche à
l’huile existante d’un système de
lubrification. La Figure 3 montre
l’effet du vieillissement de l’huile
sur la solubilité de l’eau (niveau de
saturation 2000 vs 6000 ppm).
Teneur en eau
e
tur
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ion
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em
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ne
tio
ura
sat
teneur en eau en ppm
Eau libre
Eau dissoute
Température ( °C)
Figure 2 Effet de la température sur la formation d’eau libre. Le risque augmente
lorsque l’on coupe les moteurs et que la température diminue. Quand la teneur en
eau atteint le point de saturation, de l’eau libre commence à se former.
ppm KF
Dans les systèmes de lubrification,
l’huile est habituellement relativement
chaude, p. ex. +40 … +60 °C. Dans les
situations où la température diminue
considérablement, comme lorsque
l’on coupe les moteurs, il se présente
le risque d’une formation d’eau libre
parce que l’huile ne peut plus retenir
la même quantité d’eau sous forme
dissoute. Alors même que la teneur
absolue en eau (ppm) est restée
inchangée, le point de saturation a été
atteint et le risque, par exemple, de
corrosion devient fort (cf. Figure 2).
Huile neuve
Huile usée
Figure 3 Effet du vieillissement de l’huile sur la solubilité de l’eau (teneur en eau
en ppm rapportée à l’activité de l’eau). Le test a été effectué à 40-47 °C avec une
huile de lubrification neuve et la même huile après 30 000 heures de service.
Les avantages de la
mesure continue de
l’activité de l’eau (Aw) sur
la mesure en ppm
La contamination par l’eau est
traditionnellement mesurée par
échantillonnage programmé régulier
de l’huile selon un programme de
maintenance utilisant le titrage
Karl Fisher. Ce titrage donne la
teneur en eau absolue en ppm
(parties par million). Cette teneur
absolue ne peut cependant pas
indiquer à l’opérateur si l’eau est
sous forme dissoute ou libre, donc
à un niveau sûr ou non. Lorsqu’il
utilise cette méthode, l’opérateur
doit connaître les limites de sécurité
correspondant à chaque type
d’huile spécifique qu’il utilise.
Il doit aussi prendre en compte
l’effet du vieillissement et les
niveaux de fonctionnement humide
sûrs pour les huiles âgées et
éventuellement contaminées.
L’activité de l’eau (Aw) est une
mesure indiquant l’humidité (teneur
en eau) de l’huile sur une échelle
de 0…1 (0 indiquant la sécheresse
totale, 1 la saturation totale).
L’activité de l’eau (Aw) ne
demande aucune compensation
de température, contamination
ou vieillissement, car elle indique
toujours la marge réelle avant la
saturation, c’est-à-dire avant la
formation d’eau libre, en temps réel.
Une technologie de
capteurs permettant la
mesure continue d’Aw
Le capteur Vaisala HUMICAP®
est utilisé depuis 1995 pour la
surveillance de la contamination
des huiles par l’eau. Lancé en 1975,
il exploite une technologie basée
sur les variations de propriété
diélectrique de l’huile résultant de
son absorption/désorption par un
film polymère mince. Son indication
de sortie est proportionnelle à la
saturation (en eau) relative de l’huile.
Du fait de la porosité de l’électrode
supérieure et de la grande finesse
microstructurelle du polymère,
les grandes molécules telles que
celles de l‘huile, de ses additifs,
des produits d’oxydation ou de
particules métalliques ne peuvent
pas pénétrer dans la zone sensible
du capteur, et n’affectent donc
pas la performance de celui-ci.
Le vieillissement et les additifs
modifient bien la solubilité de l’eau
de l’huile (Figure 3) et affectent
ainsi aussi sa saturation relative.
Mais comme la valeur indiquée est
toujours proportionnelle
à la saturation réelle de l’huile,
le capteur n’a besoin d’aucun
étalonnage spécifique pour une
huile précise, qu’il s’agisse d’une
huile de lubrification ou d’un
fluide hydraulique.
H² O
1
2
3
4
Figure 4 Structure du capteur à film polymère mince Humicap® inventé par Vaisala.
1. électrode supérieure perméable aux molécules d’eau 2. couche de polymère sensible à l’eau
3. électrode inférieure 4. substrat 5. broches de connexion
5
et en ligne à l’aide d’un appareil
portable de référence. Une autre
option consiste à déconnecter le
transmetteur, lequel est facile à
déposer et à réinstaller même sur les
conduites d’huile sous pression.
erreur %HR
Le polymère est extrêmement stable
et résistant aux produits chimiques
présents dans les huiles, d’où une
exceptionnelle stabilité à long terme
(Figure 5). En cas de nécessité
d’un réétalonnage, le capteur peut
s’étalonner et s'ajuster sur le terrain
Check-list : points à examiner
lors du choix du capteur
▪
Le capteur supporte-t-il les
conditions de l’application et
y reste-t-il stable – à court
terme et à long terme ?
▪
Le capteur fait-il preuve de
sensibilité aux bas niveaux
d’humidité ?
▪
Présente-t-il une sensibilité
parasite à d’autres matières
solides ou liquides présentes
dans l’huile telles qu’additifs,
particules métalliques fines,
etc. ?
▪
La mesure est-elle affectée
par le débit, le sens de
l’écoulement ou la position
d’installation ?
▪
Le capteur a-t-il des temps
de réponse rapides même
dans les situations impliquant
des pointes d’humidité
soudaines ? Une fois la
situation de défaillance passée,
le capteur devrait continuer
la mesure sans avoir besoin
d’un réétalonnage ni d’aucune
action rectificative.
▪
Quelles sont les actions
d’entretien et de réparation ?
Le capteur est-il facile à
remplacer, sans qu’il soit
nécessaire d’arrêter les
machines ?
Jours
Figure 5 Courbe de stabilité d’un capteur Humicap® exposé au fluide hydraulique
Skydroll. Les erreurs observées au cours de l’étalonnage de référence à 75 %HR
sont indiquées en valeurs de l’axe des Y.
Pour plus d’informations, rendez-vous
sur notre site www.vaisala.fr ou écriveznous à l’adresse sales@vaisala.com
Ref. B211029FR-A ©Vaisala 2010
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écrit préalable de Vaisala. Toutes les spécifications — y compris
techniques – sont susceptibles d’être modifiées sans préavis.
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