Análisis de lubricantes Técnica de mantenimiento predictivo

Introducción El análisis de lubricantes es una técnica complementaria de mantenimiento predictivo a la termografía y análisis de vibraciones. Los problemas con la lubricación abarcan desde un 50% a un 80% del total de las fallas en maquinaria de tipo mecánico y electromecánico. Estas fallas se consideran crónicas; pero con un adecuado seguimiento pueden ser controladas y reducidas. Es una técnica de mantenimiento predictivo muy fácil de implementar y muy económico. Tiempos atrás el análisis de aceite solo se usaba solamente para detectar la condición del lubricante; actualmente se usa también para evaluar la condición de la máquina.

Principios de lubricación Que es un aceite: Es un líquido que sirve para lubricar partes metálicas en contacto y movimiento, disminuyendo la fricción y el desgaste. Que Funciones tiene el aceite: Lubricación: El aceite cubre las superficies que están en rozamiento con una película para reducir la fricción y el desgaste, evitando también la perdida de energía . Enfriamiento: el aceite circula por cada parte de las máquinas donde la temperatura tiende a aumentar debido al calor de la combustión y fricción, absorbiendo el calor y radiando este al exterior.

Sellado: La película formada entre los pistones y las paredes de los cilindros actúa para sellar los gases de compresión y los gases de combustión interior de la cámara de combustión, evitando la perdida de potencia de salida. Limpieza: el aceite lava los sedimentos y carbonilla adheridos a la superficies interiores de máquinas y rodamientos, manteniéndolos limpios. Dieléctrico: En transformadores eléctricos, el aceite tiene la función de actuar como material dieléctrico.

Aditivos Son compuestos químicos añadidos que mejoran la calidad de los aceites minerales puros. Algunos de los mas importantes son los siguientes: Los antioxidantes reducen la tendencia del aceite a degradarse por oxidación al contacto por el aire. Los anticorrosivos neutralizan los ácidos que se forman en el interior de las máquinas a altas temperaturas, y que atacan a las piezas metálicas en contacto con el aceite. Los detergentes limpian los conductos y las superficies evitando la formación de depósitos sólidos de lodos y barnices. Los dispersantes evitan la aglomeración de partículas y residuos que han sido arrastrados hasta el cárter manteniéndolos en suspensión hasta el cambio de aceite.

Viscosidad Es la propiedad mas critica de cualquier aceite, es una medida de la resistencia del aceite a fluir. La viscosidad esta directamente afectada por la temperatura y presión del sistema. Conforme aumenta la temperatura, la viscosidad decrece, conforme la presión crece la viscosidad decrece. Cualquier cambio en la viscosidad (aumento / disminución) indica contaminación o degradación. Debe ser suficiente para mantener la capa fluida bajo todas las condiciones de funcionamiento, pero no debe ser excesiva, porque a medida que la viscosidad aumenta, es mas alto el rozamiento interno y con el, las perdidas de aceite y trabajo en los órganos del motor. La viscosidad de un aceite viene dada por el tiempo que tarda un volumen determinado del producto en fluir a una determinada temperatura, por un orificio calibrado de un aparato Llamado viscosímetro

Clasificación de los aceites Aceites minerales: los aceites minerales proceden del petróleo, y son elaborados del mismo después de múltiples procesos en sus plantas de producción, en las refinerías. El petróleo bruto tiene diferentes componentes que lo hacen indicado para distintos tipos producto final siendo el mas indicado para obtener aceites el crudo parafínico. Aceites sintéticos: los aceites sintéticos no tienen su origen directo del petróleo, sino que son creados de sub-productos petrolíferos combinados en procesos de laboratorio. Al ser mas largo complejo su elaboración, resultan mas caros que los aceites minerales.

Análisis de Lubricantes El análisis de lubricantes consiste en una serie de pruebas de laboratorio que se usan para evaluar la condición de los lubricantes usados, los residuos y contaminantes que están presentes. Con el análisis de residuos o partículas presentes se puede elaborar un diagnóstico sobre la condición de desgaste del equipo. Lo anterior permite la elaboración de programas de mantenimiento correctivo planificado.

Pruebas de aceite Las pruebas que mas se utilizan son: Viscosidad Números de ácidos totales (TAN): Monitorea el nivel de ácidos orgánicos producidos por la oxidación del aceite. Características espumosas: El aceite tiende a formar espuma que le imposibilita a lubricar adecuadamente, lo que puede provocar falla mecánica y calentamiento. Gravedad especifica: Es una relación de la masa de volumen de un material en relación con la del agua; aumento en estos indican la presencia de contaminantes o materiales oxidantes.

Consecuencias de la contaminación del lubricante

Ferrografía Directa (conteo de particulas) La ferrografía consiste en una medición cuantitativa de la concentración de las partículas ferrosas en una muestra de fluido a través de la precipitación de esas partículas en un tubo de vidrio sometido a un fuerte campo magnético.

Dos rayos de luz transportados por fibra óptica impactan sobre el tubo en dos posiciones correspondientes a la localización en la cual las partículas grandes y las pequeñas serán depositadas por el campo magnético. La luz es reducida en relación a las partículas depositadas en el tubo de vidrio y ésta reducción es monitoreada y medida electrónicamente. Dos conjuntos de lecturas son obtenidos de las grandes y pequeñas partículas (partículas por encima de 5 micras y partículas por debajo de 5 micras). Por lo general más de 20,000 partículas mayores de 5 micras indican una alerta de seguimiento y más de 40,000 son excesivas e indican problemas de desgaste en componentes ferrosos de la máquina.

Ventajas Ventajas: Analizador compacto, portátil, en línea, fácil de operar, poco sensible a la opacidad y contaminación con agua que otras técnicas.

Desventajas Sólo mide partículas ferromagnéticas y para ser decisiva requiere de un análisis posterior de ferrografía analítica. Para que la muestra sea válida el análisis debe ser realizado sobre aceites cambiados o microfiltrados después de cada incidente y que hayan realizado el ciclo de lubricación un número representativo de veces.

Ferrografía analítica La ferrografía analítica es una de las técnicas mas importantes para el análisis de aceite. A pesar de sus capacidades es frecuentemente excluida de los programas de análisis de aceites, debido a que es bastante costosa. Es una prueba que requiere tiempo, paciencia y alta habilidad (muy buen ojo) por parte del analista. La ferrografía analítica lograr una clara identificación de modos de falla que ningún otro análisis provee.

Que es la ferrografía analítica El principio de la ferrografía analítica consiste en separar sistemáticamente el material suspendido en el lubricante, sobre una plaqueta de vidrio. La plaqueta es examinada bajo el microscopio para distinguir tamaño, concentración, composición, morfología y condición superficial de las partículas ferrosas y no ferrosas que caracterizan el desgaste.

Debido al campo magnético las partículas ferrosas se alinean en cadenas horizontales a lo largo de la plaqueta; las partículas mas grandes se depositan hacia el punto de entrada y las pequeñas hacia el punto de salida. Las no ferrosas se depositan aleatoriamente en toda la plaqueta acumulándose sobre las cadenas de partículas ferrosas las cuales actúan como diques.

Ferrograma La plaqueta preparada de esta manera con estas cadenas de partículas, se denomina ferrograma.

Identificación de partículas El ferrograma es examinado bajo un microscopio bicromático polarizado equipado con una cámara digital. El microscopio utiliza dos luces: una superior de color rojo (reflejada) y una inferior de color verde (transmitida). Este juego de luces ayuda a distinguir tamaño, forma y geometría de las partículas ferrosas y no ferrosas.

Las partículas son clasificadas para determinar el tipo de desgaste y su causa.

Composición de partículas Se identifican seis categorías de partículas: Partículas blancas no ferrosas: frecuentemente son aluminio o cromo. Aparecen blancas brillantes antes y después del tratamiento térmico. Están depositadas aleatoriamente en la plaqueta con grandes partículas detenidas por las cadenas de las partículas ferrosas. Partículas de cobre: usualmente aparecen como amarillo brillante antes y después del tratamiento térmico, aunque puede cambiar a verde-gris. Esta también estará depositada aleatoriamente en la plaqueta con partículas grandes a la entrada y pequeñas a la salida.

Partículas del babbitt: consisten en partículas delgadas de color gris (se ven como trozos de lata). Después del tratamiento siguen grises pero con puntos azules y rojos, y mas pequeñas con apariencia motosa. Su distribución es aleatoria. Contaminantes: usualmente son residuos de polvo principalmente silicio. Aparecen como unos cristales que son fácilmente identificados con la luz transmitida (verde). Su distribución es aleatoria. Fibras: causadas por desprendimientos de filtros y contaminación externa. Son largas cadenas en variedad de colores y usualmente no cambian su apariencia después del tratamiento térmico. Algunas veces esas partículas actúan como filtro colectando otras partículas. Pueden aparecer en cualquier parte del ferrograma, aunque tienden a estar en la salida.

Partículas ferrosas: se identifican principalmente usando la luz roja (reflejada) y la luz blanca del microscopia. La luz transmitida es totalmente bloqueada por la partícula.

Tamaño y forma de la partícula Después de la clasificación e identificación de la composición el analista pondera el tamaño de las partículas usando una escala micrométrica en el ocular del microscopio. Partículas con un tamaño mayor de 30 micras definen condiciones severas o anormales. Frecuentemente la forma de la partícula es una clave importante sobre el origen del desgaste: a) Las partículas laminares indican aplastamiento en las áreas de rodamientos por alta presión o contacto lateral b) Las estrías son signos de desgaste por arrastre sin lubricación c) Las esferas son generadas en presencia de fatiga en los rodamientos

Partículas de cobre

Partículas de aluminio

Fibra de vidrio

Ventajas El análisis del tamaño, color, forma, cambios en tratamiento térmico y efectos de luz de las partículas de desgaste indica al analista experto la naturaleza, severidad y causa raíz de un desgaste anormal. Esta información habilita al grupo de mantenimiento para implementar acciones correctivas y preventivas con excelente exactitud. Se detectan problemas mucho mas tempranamente que con el análisis de emisión y espectrometría. Acerca al analista ala causa raíz del problema.

Deventajas Se requiere gran experiencia para la lectura del ferrograma. La preparación de la muestra requiere tiempo. Los equipos son bastante costosos comparados con los de otros análisis.