ANÁLISIS DE ACEITES LUBRICANTES

Es una técnica simple, que realizando medidas de algunas propiedades físicas y químicas, proporciona información con respecto a:

La salud del lubricante Contaminación del lubricante Desgaste de la maquinaria

IMPORTANCIA

El análisis de lubricantes nos permite monitorear el estado de desgaste de los equipos, detectar fallas incipientes, y también establecer un programa de Lubricación, como herramienta del diagnóstico técnico en el mantenimiento de máquinas y equipos.

ADITIVOS: son sustancias químicas que se añaden en pequeñas cantidades a los aceites lubricantes para proporcionarles o incrementarles propiedades, o para suprimir o reducir otras que le son perjudiciales. Sus funciones son:

1. Lubricar y evitar la fricción.2. Disipar calor.3. Limpiar Impurezas.4. Evitar corrosión.5. Sella algunos componentes.6. Aislante eléctrico.7. Amortiguar choques.8. Evita la formación de espumas.

DEGRADACIÓN DE LOS ACEITES LUBRICANTES

La vida útil de un aceite, es el periodo de tiempo funcional del aceite en máquina, hasta que los antioxidantes se consumen, produciendo grandes cambios en las propiedades físicas (la densidad, la viscosidad) y químicas del aceite base, resultando un desgaste de los componentes y un eventual mal funcionamiento de la máquina.

El proceso de degradación del aceite es un problema común tanto en sistemas de lubricación como hidráulicos. Las principales causas de la degradación del aceite son:

NOTA: Al disminuir la contaminación con agua, con aire, con partículas, con calor, no sólo se estará disminuyendo el desgaste de la maquinaria, sino también extendiendo la vida útil del aceite.

OXIDACIÓN

Esta ocurre cuando el oxígeno reacciona con el aceite base del lubricante.

Cuando el aceite se oxida algunas moléculas del hidrocarburo se transforman en ácidos, alcoholes y polímeros. Conduce a la formación de productos insolubles (resinas), películas finas, barnices o lacas en las superficies, lo cual afecta las propiedades de desempeño del aceite.

Existen varios tipos de antioxidantes que pueden aumentar la estabilidad a la oxidación.“ADITIVOS”. Sin antioxidantes, ningún tipo de aceite estaría exento a este proceso químico natural.

HIDRÓLISIS

Es una reacción química  que produce descomposición o alteración del lubricante, al estar en contacto con el agua.

Esto produce un desplazamiento del equilibrio molecular del agua y como consecuencia se modifica el pH del lubricante. Al igual que en el proceso de oxidación, el proceso de hidrólisis también puede llevar a la formación de compuestos ácidos y barniz.

En casi todos los sistemas, las trazas de agua en el sistema lubricante son inevitables y pueden surgir a causa de:

• Fugas de refrigerante• Condensación atmosférica• Operación de Talento Humano• Fallas en los sellos o empaques

Pequeñas partes pueden ser toleradas. (Aprox 100 ppm)Cantidades excesivas pueden afectar:

• La viscosidad del aceite• Acelerar la velocidad de oxidación emulsiones •

Estas repercuten en fallas de los componentes del equipo (cojinetes, engranajes, partes moviles, etc.).

DEGRADACIÓN TÉRMICA

Es el proceso de descomposición del aceite por medio del calor (altas temperaturas). Normalmente, la degradación térmica tiene lugar en puntos del sistema con altas temperaturas. También pueden resultar polímeros y compuestos insolubles, los cuales pueden conducir a la formación de barniz tal y como sucede en el proceso de oxidación.

También lleva a la Polimerización debida a la alta presión y temperatura. Se forman nuevos productos.

LA DEGRADACION DEL ACEITE PUEDE LLEVAR A:

Formación de compuestos ácidosLos ácidos producen corrosión (por ejemplo, pitting) lo cual aumenta el desgaste en las superficies internas de las máquinas.

Aumento de la viscosidad del aceiteLa resistencia del aceite a fluir va a aumentar, lo cual va a dar como resultado fricción, desgaste y disminución de la eficiencia del equipo.

FORMACIÓN DE BARNIZLos barnices son capas que van a atrapar a los contaminantes duros, creando una superficie como de “papel de lija”.

Esta superficie acelera el desgaste de los componentes. Así pues, el barniz puede dar como resultado filtros obstruidos, válvulas bloqueadas y orificios taponados. Además estos barnices actúan como aislantes, reduciendo el efecto de los intercambiadores de calor, lo cual va a originar altas temperaturas y aumento de la velocidad de reacción.

DISMINUCIÓN DE LA FUNCIÓN DE LOS ADITIVOSLos aditivos (antioxidantes y detergentes) también reaccionan con los productos intermedios de degradación. El resultado es la pérdida del efecto de los aditivos y consecuentemente el proceso de degradación se acelera.

CONSECUENCIAS DE LA DEGRADACIÓN DEL ACEITE:

Disminución de la vida del aceite Aumento de degradación del aceite Productos de la degradación actúan como

catalizadores Reducción de la función de los aditivosReducción de la función del aceite Pérdida de lubricidad Fallos en las válvulas Restricción del flujo del aceiteReducción de la productividad Síndrome del lunes por la mañana: lenta puesta en

marcha Aumento de los tiempos de parada Reducción del rendimiento de las máquinas

Mayor energía consumida Fricción y desgasteAumento de los costos de mantenimiento Aumento de la frecuencia de cambio de filtros Aumento de desgaste en los componentes Corrosión acida en los componentes metálicos Fallo de los componentes Limpieza de los depósitos resultantes de la

oxidaciónConsecuencias de la polución medioambiental Mayores costos por el cambio del aceite y filtros Fugas

TIPOS DE ANALISIS Y PRUEBAS EN ACEITES LUBRICANTES

El análisis de un lubricante incluye la determinación de varios parámetros, los cuales los podemos clasificar en:

• PROPIEDADES O CONDICION • CONTAMINACION • DESGASTE

ANALISIS DE ACEITES LUBRICANTES COMO HERRAMIENTA DE MANTENIMIENTO

CONTAMINACION-PROACTIVOPROPIEDADES – PROACTIVODESGASTE-PREDICTIVO

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

“Adoptar acciones correctivas cuando el monitoreo de la condición detecte problemas”.Monitorear la condición para detectar fallos potenciales para disponer las tareas de mantenimiento.

MANTENIMIENTO PROACTIVO

“Evitar los problemas de mantenimiento identificando y corrigiendo las causas raíz del fallo”. Evitar las situaciones que originan los fallos prematuros de los componentes. Se reducen los costes totales de mantenimiento

TIPOS DE ANALISIS DE LUBRICANTES

Detección de contaminantes Contaje de partículas Examen Microscópico Karl Fischer Análisis Espectrométrico Ferrografía Analítica Fluorescencia de Rayos X

Microscopia electrónicaDegradación del Lubricante

Índice de Acidez (TAN) Viscosidad Cinemática Ferrografía Analítica

Reserva Alcalina (TBN)

Detección del desgaste y la fatiga Análisis Espectrométrico Ferrografía de Lectura directa Ferrografía Analítica

ANÁLISIS DE ACEITE DEBIDO A CONTAMINACIÓN

Contaminantes ingresados de medio ambiente que consiste de suciedad, agua, y proceso de contaminación que son la causa principal de degradación y falla en maquinaria. La alerta sobre incremento de contaminación le dan oportunidad de tomar acción para poder salvar el aceite y evitar desgaste innecesario de máquina

CONTAJE DE PARTÍCULAS

El contaje de partículas mide la limpieza de un aceite. Las partículas se evalúan en cinco categorías de tamaños y se reportan por 1 ml de fluido. Se cuentan todas las partículas incluyendo las de desgaste, y contaminantes de proceso y ambientales. Este test es particularmente importante para sistemas limpios, ej. Hidráulicos, transmisiones, turbinas, compresores.

Se ha demostrado que el 70-85% de los fallos de componentes hidráulicos se deben a contaminación por partículas debiéndose el 90% de ellos a desgastes abrasivos.

Este método nos permite: Verificar la eficacia de la filtración Detectar contaminación por el proceso y ambiental

ENSAYO DE PARTÍCULAS INSOLUBLES

Durante el servicio, el lubricante se contamina con productos procedentes de la oxidación, sedimentos, metales de desgaste y otros productos insolubles.

Como insolubles, se consideran partículas sólidas que se quedan en ese estado después de haber sido sometidas a la acción de un disolvente. El disolvente que normalmente se utiliza es Pentano, pero también puede hacerse con Tolueno y Hexano.

Este método nos permite: Verificar la eficacia de la filtración Detectar contaminación por el proceso y ambiental.

EXAMEN MICROSCÓPICO

Las muestras que contienen cantidades anormales de impurezas visibles a simple vista deben ser filtradas. La muestra se filtra a 8 μm y son examinadas a través de un microscopio óptico. El analista es capaz de identificar los contaminantes y partículas de desgaste presentes en el aceite.

Este método nos permite: Identificar contaminantes del proceso y ambientales Identificar grandes partículas de desgaste

AGUALa presencia de agua en un lubricante puede proceder de condensaciones o de fugas de sistemas de enfriamiento y tiene, en la mayoría de las aplicaciones, un efecto nefasto, pudiendo provocar graves problemas de lubricación, así como corrosión y herrumbre.

El agua puede entrar al sistema a partir de: Enfriadores o intercambiadores dañados Conductos de respiraderos Filtro defectuoso de llenado de aceite Tornillos flojos, abrazaderas, tapas de inspección Tapas de filtros

Karl Fischer

El Karl Fischer nos da una medida muy exacta de la cantidad de humedad, o agua presente en la muestra de aceite.

El agua es incompatible con el aceite y conduce a severos fallos de los componentes. Además de reducir la capacidad lubricante del aceite causa:

Corrosión combinándose químicamente con los productos de la degradación del aceite. En combinación con otros contaminantes, forma lodos, obturando los conductos, los filtros, las bombas y las

válvulas. Se combina con aditivos como el calcio, magnesio, cloruros y sulfatos, formando decapados, que aumentan las

temperaturas de funcionamiento. Evita la lubricación correcta de cojinetes con mucha carga formando bolsas de agua y vapor. Emulsiona el aceite, reduciendo su capacidad de transferencia de calor, provocando peligrosos aumento de

temperatura en los cojinetes. En sistemas hidráulicos, un aumento de 10ºC sobre la Tª normal de funcionamiento reduce la vida del aceite a la

mitad.

ANÁLISIS ESPECTROMÉTRICO ASTM D5185

Es el método de determinación y cuantificación de elementos contaminantes en el aceite más usado. Se basa en la propiedad de los átomos de emitir radiación compuesta de longitudes de onda características de cada elemento cuando son excitados. Esta radiación es función de la configuración electrónica del átomo, de forma que elementos diferentes emiten radiaciones diferentes, lo que permite su identificación.

Este análisis:

• Cuantifica la presencia de materiales, calculando la concentración de cada elemento en (ppm).• Un aumento o disminución de la concentración de elementos indica un cambio en la generación de partículas de desgaste

Este método nos permite:

Detecta contaminantes del proceso y ambientales. Identifica rellenos de aceite incorrecto. Detección temprana de desgaste de componentes Detectar trazas específicas de desgaste

FERROGRAFÍA

El análisis ferrográfico consiste en la separación de los metales de desgaste del aceite donde se encuentran en suspensión, aprovechando sus propiedades ferromagnéticas.

Existen dos tipos:

LA FERROGRAFÍA DE LECTURA DIRECTA. LA FERROGRAFÍA ANALÍTICA.

FERROGRAFÍA ANALÍTICA

Consiste en separar el material particulado 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.

El lubricante es diluido para mejorar la precipitación de partículas y la adhesión a la plaqueta. La muestra diluida se hace fluir sobre la plaqueta por gravedad (la plaqueta se posiciona inclinada). La plaqueta a su vez descansa en un magneto el cual atrae las partículas ferrosas y permite la adherencia en la plaqueta. Debido al campo magnético las partículas ferrosas se alinean en cadenas horizontales a lo largo de la plaqueta; las partículas más grandes se depositan hacia el punto de entrada y las pequeñas hacia el punto de salida.

La ferrografía analítica nos permite observar varios de los productos de la degradación de los lubricantes. Cuando el aceite sufre estrés debido a un exceso de carga, aparecerán polímeros de fricción. Los lubricantes severamente degradados exhiben partículas amorfas.

Este método nos permite: DETERMINAR SI SE USA EL ACEITE ADECUADO SEGÚN LA APLICACIÓN DETECTAR PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN SEVERA IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE DESGASTE Y LAS ALEACIONES ANÁLISIS DE LAS CAUSAS RAÍZ DEL FALLO

FERROGRAFÍA DE LECTURA DIRECTA

En este método las partículas existentes en el lubricante son fijadas en un tubo de vidrio por acción de un campo magnético,

posicionándose en función de sus características magnéticas y dimensiones. Las partículas de dimensiones igual o superior a 5 micras son confinadas en la parte inicial del tubo. Así, la dimensión de las partículas disminuye a medida que se avanza en el tubo.

Un sistema óptico permite medir la densidad de dos depósitos, uno a la entrada del tubo y otros algunos milímetros después, y así determinar respectivamente las cantidades de partículas pequeñas y grandes existentes en la muestra.

INSPECCIÓN DE OLOR Y COLOR

Éstas pueden decir mucho acerca de las condiciones del lubricante, la máquina y acerca de la eficiencia del método de purificación. Analizando la apariencia de la muestra, es decir, si la misma está clara o turbia, esta puede dar indicio de contaminación con agua. Además se puede inspeccionar la presencia de partículas sólidas suspendidas confirmando la contaminación del producto. El principal significado del color es indicar cambios con el tiempo, un oscurecimiento notable de la muestra en períodos de tiempo cortos indica contaminación o comienzo de la oxidación del aceite. Un oscurecimiento sin ningún cambio en la acidez o la viscosidad usualmente indica contaminación por material externo al sistema. Otro ensayo comparativo es el olor que ofrece la muestra. Los aceites usados tienen normalmente un olor a grasa, los aceites oxidados presentan un olor a quemado que es más fuerte según el grado de oxidación o contaminación.

NÚMERO DE SAPONIFICACIÓN (ASTM D-94)

El número de saponificación o índice de saponificación es el número de miligramos de hidróxido de potasio requeridos para saponificar 1g de grasa bajo condiciones específicas. Es una medida para calcular el peso molecular promedio de todos los ácidos grasos presentes.

Índice de saponificación: se define como los miligramos de KOH necesarios para saponificar un gramo de lípido.

LA PRUEBA DE CARGA A SOLDADURA POR 4 BOLAS

Este método evalúa el comportamiento EP (Extrema Presión) de una grasa lubricante. Este método de prueba está normalizado bajo DIN 51 350/4. Se sujetan tres bolas de acero en un recipiente y se hace girar una cuarta bola contra las tres primeras a una velocidad determinada. Se aplica una carga de arranque y se aumenta a intervalos predeterminados hasta que la bola giratoria se gripa y se suelda a las tres bolas estacionarias. Esta prueba indica el punto en que se sobrepasa el límite de extrema presión de la grasa. Las grasas se pueden considerar como grasas EP cuando la carga a soldadura es superior a 2600 N.

LA PRUEBA DE HUELLA DE DESGASTE POR 4 BOLAS

Esta prueba se realiza en las mismas instalaciones utilizadas para la prueba de carga a soldadura por 4 bolas. Se aplica una carga de 1.400 N a la cuarta bola durante 1 minuto. A continuación se mide el desgaste de las tres bolas. Las pruebas estándar utilizan una carga de 400 N. No obstante, SKF ha decidido incrementar la carga a 1.400 N para que las pruebas se correspondan con las aplicaciones de los rodamientos.

El objetivo de esta prueba es determinar la capacidad del lubricante en condiciones de alta velocidad y baja carga. Al final de la prueba se desmonta el conjunto y se mide la profundidad de las huellas causadas por la fricción de las cuatro bolas, estas mediciones son promediadas y se reportan como diámetro de desgaste.

Mientras menor sea el desgaste, mayor es la capacidad del producto en prueba de lubricar en alta velocidad.ANÁLISIS APLICADOS

Circuitos Hidráulicos:Pruebas que comúnmente se realizan a aceites hidráulicos

• Espectrofotometría de absorción atómica: Hierro, Cobre, Plomo, Aluminio, Cromo, y Níquel• Espectrofotometría de Silicio.• Medida de Viscosidad cinemática (ASTM D-445).• Contenido de Agua (ASTM D-95).• Medición del TAN (ASTM D-664).• Conteo de partículas• Oxidación

Compresores de refrigeraciónPruebas que comúnmente se realizan a aceites para compresores de refrigeración.

• Espectroscopia atómica.• Medida de Viscosidad cinemática (ASTM D-445).• Medición del TAN (ASTM D-664).• Medición del TBN (ASTM D-2896).• Contenido de Agua (ASTM D-95).• Número de saponificación (ASTM D-94)• Insolubles (ASTM D-893).

ENGRANAJES INDUSTRIALES.

Como todos los elementos de una máquina los engranajes tienen una vida finita a la fatiga. El propósito del diseño y de la lubricación de los engranajes es prolongar la vida de éstos, de acuerdo a la condiciones de trabajo.Un lubricante para engranajes tiene dos funciones principales, prevenir el desgaste entre los dientes, mediante la formación de una película lubricante que impida el contacto metal-metal, servir de medio refrigerante y transportar el calor generado por los engranajes y cojinetes al medio externo.

Algunos de los factores que deben ser considerados durante la selección del lubricante son:• Tipo de engranaje.• Condiciones de operación.• Método de lubricación apropiado a las condiciones de trabajo • PRUEBAS EN MOTORES.•

Las pruebas en motores tienen por objetivo observar el comportamiento de los aceites, tanto en motores de gasolina, como en motores diesel.Cada prueba está orientada para evidenciar una o varias propiedades del lubricante. Ninguna prueba en motor es capaz de evaluar simultáneamente el conjunto de las propiedades.

Las pruebas en banco son efectuadas en motores multi-cilíndricos, de uso corriente en el automóvil, o en motores mono-cilíndricos.

CONCLUSIONES

• La filosofía del Mantenimiento, utiliza técnicas que monitorean las condiciones de operación de las máquinas y equipos, las cuáles permiten detectar las causas que dan origen a las fallas, para eliminarlas y prolongar la vida del equipo, permitiéndonos además anticipar las fallas antes que se conviertan en catastróficas.

• El Análisis de Aceite es una de las técnicas simples, que mayor información proporciona al Administrador de Mantenimiento, con respecto a las condiciones de operación del equipo, sus niveles de contaminación, degradación y finalmente su desgaste y vida útil.

• Con el análisis de aceite es posible aplicar técnicas de cambio del lubricante basado en su condición, con lo que se obtienen ahorros importantes.

El análisis de aceite, nos proporciona información importante en las diferentes condiciones de vida de la maquinaria:

DETECCIÓN DE CAUSA DE FALLA

Cuando algo está ocurriendo que puede llevar a la falla del equipo.

Condiciones de causa de falla: Incremento de partículas, agua, oxidación, incremento en la oxidación del lubricante, dilución por combustible, aditivos, TAN, TBN, etc. MANTENIMIENTO PROACTIVO

DETECCIÓN DE FALLA INCIPIENTE

Etapa de falla temprana que de otra forma pasaría desapercibida (aún no hay tanto daño como para detectarla por temperatura o vibración).

Condiciones a monitorear:Densidad de rebaba de desgasteConteo de partículasAnálisis de elementos metálicosViscosidad Ferrografía.MANTENIMIENTO PREDICTIVO

DIAGNÓSTICO DEL PROBLEMADetecta la naturaleza del problema que se está observando.¿De donde viene?¿Qué tan severo es?¿Puede ser reparado?

Elementos a monitorear: RebabasAnálisis de elementos metálicosHumedadConteo de partículasTemperaturaViscosidadFerrografía analíticaAnálisis de vibraciónMANTENIMIENTO PREDICTIVO

PROGRESO DE FALLALa máquina está prácticamente descompuesta y requiere ser reparada o reemplazada.

Elementos a monitorear:

Análisis de elementos metálicosAnálisis de vibraciónFerrografía analítica

MANTENIMIENTO CORRECTIVO

Autopsia¿Cuál es la causa de la falla del equipo?

¿Pudo haberse evitado?

Elementos a monitorear:

Densidad ferrosaAnálisis de elementos metálicosFerrografía analítica

MANTENIMIENTO CORRECTIVO