CLASE 4 Tipos de Análisis de Lubricante -...

CLASE 4

Tipos de Análisis

de Lubricante

DIPLOMADO: ANÁLISIS DE LUBRICANTE NIVEL I. PILARES DEL PROGRAMA

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CLASE 4 – TIPOS DE ANÁLISIS DE LUBRICANTE

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

1.- El participante reconocerá las opciones de análisis de lubricantes,

incluyendo los modernos instrumentos en línea, portátiles y de laboratorio

y usará la información para configurar adecuadamente su estrategia.

2.- El participante categorizará las pruebas del análisis de lubricante en

función del área que monitorean y determinará su enfoque proactivo o

predictivo.

TEMA 1 – La modernización del análisis de lubricante.

Desarrollo

El análisis de lubricante es una herramienta de las más antiguas del

monitoreo de condición. Su evolución responde a la necesidad de

adaptarse a los requerimientos de los profesionales de la confiabilidad

que requieren tomar decisiones en el menor tiempo para regresar la

máquina a condición normal, mediante la incorporación de

laboratorios para análisis en la planta e instrumentación en línea.

Si dependemos de las pruebas de análisis

de lubricante efectuadas únicamente en el

laboratorio, no lograríamos detectar

algunos modos de falla que tienen periodos

de ocurrencia muy cortos. La

modernización del análisis de lubricante

requiere del uso de instrumentos en línea

y también del uso de laboratorios en sitio.

Reflexiona

© Copyright 2013. La transmisión, copia o reproducción total o parcial de este material está estrictamente prohibida y es contra la ley. Este material es para uso individual y exclusivo del alumno registrado en el diplomado.


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¿Se justifica efectuar análisis de aceite en sitio? Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.

Noria Corporation.

"¿Tienen algún cálculo aproximado de lo que cuesta el análisis de aceite si se efectúa en sitio? Estoy tratando de comparar los costos del análisis de aceite en sitio contra los de un laboratorio externo".

Esta es una muy buena pregunta. Mucha gente

se inclina a hacer los ensayos a las muestras en planta y dejan

completamente a un lado los ensayos de laboratorio basándose simplemente en el costo.

La percepción general es que los costos del análisis de aceite pueden

disminuirse significativamente al hacerlo en sitio. Este es un enfoque erróneo debido a que para ello usted debe comprar el equipo correcto, mantenerlo y calibrarlo, mantener el laboratorio, entrenar y pagar al

personal que lo usará (por lo general se requiere de personal dedicado a tiempo completo para atender el laboratorio) y comprar los consumibles, lo que podría costarle lo mismo o hasta un poco más de lo que le costaría

hacerlo en un laboratorio externo.

El verdadero valor del análisis de aceite en sitio está en que puede obtener retroalimentación inmediata, cuenta con la facilidad para repetir algún

ensayo en caso de resultados anormales, y le hace ver a toda la organización que es importante. Sin embargo, sin una considerable inversión en instrumentos y gente –equivalente a equipar un laboratorio comercial

completo- siempre hará falta experiencia y habrá algunos ensayos que requerirán ser manejados por medio de un laboratorio externo.

El análisis de aceite en sitio puede brindarle gran cantidad de información

instantánea con la cual puede tomar decisiones de mantenimiento inmediatas. Sin embargo, tenga en cuenta que aunque el análisis de aceite



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en sitio puede producir resultados fidedignos para la programación de tareas de mantenimiento o alguna otra acción, no es posible comparar con

precisión, para un mismo ensayo, los resultados de laboratorio con los obtenidos en sitio. Diferentes métodos proporcionan resultados diferentes.

Hay muchos ensayos y kits de campo disponibles para utilizarlos en campo

y en planta. Antes de embarcarse en la aventura de efectuar ensayos en sitio, pregúntese: "¿Qué voy a hacer cuando obtenga esa información?" En el difícil entorno económico actual, es necesario adoptar tecnología que

agregue valor. No importa si los resultados de análisis de aceite que usted recibe provienen de un kit de campo o de un laboratorio comercial; si no los

usa para tomar decisiones de mantenimiento (y sólo hace el reporte a un lado), entonces realmente es una actividad sin valor. Comience enfocándose en la información que necesita, después investigue qué opciones están

disponibles para analizar lubricantes en sitio.

Los mejores programas de análisis de aceite por lo general incluyen el análisis en sitio (dimensionado de acuerdo a los objetivos, expectativas y

presupuesto de la organización), complementado por un programa externo a través de un laboratorio comercial de calidad.

Resumen

Los programas modernos de análisis de lubricante no dependen

únicamente de los laboratorios externos para monitorear la máquina.

La incorporación de laboratorios en sitio, combinado con

instrumentos en línea y un laboratorio externo, hacen posible un

programa muy efectivo dirigido a eliminar modos de falla en su etapa

temprana y monitorear la condición de la máquina.



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Formato

Descarga tu formato, el cual muestra las diferentes pruebas que se utilizan

en Análisis del Lubricante y la categoría a la que pertenecen



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TEMA 2 – Las tres categorías del análisis de lubricante

Desarrollo

Para facilitar la manera en que se diseña e interpreta, el

análisis de lubricante se ha clasificado en tres categorías.

Dos categorías se refieren al lubricante para determinar su

salud y su contaminación, mientras que la tercera está

dedicada al desgaste de la máquina que monitorea



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Interpretación sistemática del análisis de aceite –

Técnica SACODE

Noria

Parte 1.

Revista Machinery Lubrication. Diciembre 2006-Enero 2007.

El análisis de aceite (AA) es una poderosa herramienta de monitoreo de

condición y contribuye a incrementar la confiabilidad de la maquinaria y equipo. Es no sólo una tecnología a usarse en el mantenimiento predictivo sino para la búsqueda de causas-raíz de falla y, con ello, una valiosa piedra

angular del mantenimiento proactivo.

Sin embargo, en muchos casos, a pesar de que las compañías tienen un programa de análisis de aceite implementado, los resultados que obtienen

no son necesariamente los óptimos posibles; ello debido a varias causas posibles

Puertos de muestreo incorrectos Toma de muestras no-representativas Procedimientos de muestreo inadecuados Botellas de muestreo no lo suficientemente limpias

Envío no-inmediato de muestras para su análisis Pruebas inadecuadas Preparación inadecuada de la muestra en el laboratorio

Uso de reactivos y solventes contaminados Instrumentos no-calibrados

Personal analista no-calificado Errónea interpretación de los resultados de análisis

Todo lo cual significa una cuantiosa pérdida de tiempo, energía,

administración y recursos. El presente artículo se centra justamente en el último punto arriba mencionado (errónea interpretación de los resultados

de análisis) y tiene por objetivo aportar a todas las personas relacionadas con el monitoreo de condición dentro de la planta, las bases necesarias para realizar una correcta interpretación y, con ello, obtener el máximo beneficio

del AA; esto a través del seguimiento sistemático de un método de interpretación: la denominada Técnica SACODE.



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ENTENDIENDO QUE LE PASA AL ACEITE DURANTE SU USO, UN BREVE REPASO

El lubricante (constituido por básicos y aditivos) inmediatamente que entra

en uso, empieza a experimentar cambios diversos: la viscosidad del aceite cambia, los aditivos inician a agotarse, las condiciones de alta temperatura,

aire y humedad favorecen la oxidación del aceite, así como la presencia de partículas metálicas catalíticas, etc., etc. La siguiente figura nos ayuda a entender el comportamiento del aceite durante su uso:



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DEFINICIÓN DE ELEMENTOS A UTILIZAR EN ESTA METODOLOGÍA DE INTERPRETACIÓN DE ANÁLISIS DE ACEITES

Salud -aquellos cambios relacionados con el aceite en sí, por ejemplo: viscosidad, contenido de aditivos (fósforo, zinc, calcio, magnesio, bario, etc.), número ácido, oxidación, sulfatación, nitración, punto de

inflamación, índice de viscosidad, número básico, etc.

Contaminación – todos aquellos contaminantes presentes en el

lubricante, tales como: partículas de tierra y polvo (silicio), agua, solventes, combustibles, materiales del proceso (cemento, hierro, plástico, etc.), otros aceites lubricantes, hollín, refrigerante, etc.

Desgaste – partículas procedentes de la maquinaria y equipo, como hierro, cobre, estaño, aluminio, cromo, etc.

Línea Base – Las características originales del aceite nuevo que se utilizará en la lubricación del equipo (por ejemplo, viscosidad, AN, BN, contenido de aditivos -fósforo, zinc, calcio, magnesio, boro, silicio -

este elemento puede formar parte del paquete de aditivos cuando el aceite contiene un aditivo antiespumante a base de metilsilicona o bien, puede ser un contaminante procedente de la tierra y el polvo-,

RPVOT para aceites de turbinas, etc). Es fundamental contar con la información de la LB para poder implementar un programa de análisis

de aceite efectivo.

Límites de Precaución – señalan una condición por sobre la cual se tiene una situación anormal y una acción es necesaria

Límites Críticos – señalan una condición por sobre la cual se tiene una situación crítica y se requiere tomar una acción inmediata

Límites Objetivos – aquellos que se establecen como un valor

predeterminado que se está buscando, por ejemplo, niveles de limpieza: */13/10 para fluidos hidráulicos o contenido de agua

máximo de 200 ppm para aceites de turbina, etc.

Límites de Envejecimiento – grado máximo de acidez, de oxidación, de sulfatación, de nitración, de nivel de aditivos, etc.

Límites de Tasa de Cambio – miden el cambio de una característica respecto al tiempo o al uso, por ejemplo: ppm Fe/hora, BN/km, etc.

Límites Estadísticos – Límites basados en desviaciones de los promedios históricos bajo condiciones normalizadas. Se aplican para el desgaste metálico: se obtiene el valor promedio y la desviación

estándar. Se establecen los límites de precaución como el valor



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promedio +1 desviación estándar y los críticos como el valor promedio +2 desviaciones estándar.

Límites Estadísticos Derivados por Tasa de Cambio – Límites basados en desviaciones de los promedios históricos de valores de tasa de

cambio

Normalización – Cuando las muestras han sido analizadas en intervalos de tiempo distintos al objetivo, es conveniente hacer un

ajuste con el objeto de evitar el llegar a conclusiones erróneas. Por ejemplo, si el objetivo es analizar el desgaste de hierro cada 500 horas

y se tienen los siguientes datos: 40 ppm(400 hrs), 55 ppm (580 hrs), 30 ppm (450 hrs), 68 ppm (500 hrs), los datos “normalizados” serían obtenidos aplicando una regla de 3. Por ejemplo, para el primer dato:

si en 400 hrs se tuvo un desgaste de 40 ppm Fe, entonces en 500 hrs ¿cuál sería el desgaste?. La respuesta, como sabemos es (40 ppm Fe) ( 500 hrs) / 400 hrs = 50 ppm Fe, este sería el dato normalizado de

desgaste. Para los otros datos, los valores serían, en orden respectivo: 47.4 ppm, 33.3 ppm, 68 ppm. Estadísticamente, si las muestras

fueron tomadas dentro del rango de +/- 10 % del período establecido, puede no ser necesario hacer el ejercicio de normalización.



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GUÍA RÁPIDA PARA EL ESTABLECIMIENTO DE LÍMITES Y OBJETIVOS DE ANÁLISIS DE ACEITE

Tabla 1. Guía rápida para el establecimiento de límites y objetivos del análisis de

aceite



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TÉCNICA SACODE

¿Por qué este nombre? Para indicar el orden con el cual se revisarán las 3

categorías del Análisis de Aceite: SA (para “salud”), CO (para “contaminación”) y DE (para “desgaste”).

METODOLOGÍA PARA EL ANÁLISIS DE ACEITE – TÉCNICA SACODE

Leer - considerar toda la información referente al equipo que proporcione el reporte de análisis

Tomar nota de todos los detalles referentes al muestreo -¿por dónde fue tomada la muestra? ¿bajo qué condiciones? ¿la máquina estaba en operación?, ¿se tomó recién después de parar el equipo?,

¿la máquina no había estado en uso durante mucho tiempo?, ¿cómo fue tomada?, ¿por puerto de drenado, ¿por puerto o válvula de

muestreo?, ¿con bomba de succión? ¿en un codo en línea de retorno? ¿antes o después de filtros? ¿se purgó la cantidad suficiente en caso de haber manguera microbore o conectores? ¿en qué recipiente se

tomó la muestra?, etc., etc. No toda esta información suele estar presente, sin embargo, deberá de tomarse en consideración toda la información disponible a objeto de incluirla en el momento de obtener

conclusiones

Observaciones generales – tipo de maquinaria, en qué industria

opera, ambiente de trabajo del equipo, etc

Normalización - ¿Hace falta “normalizar” la información? Si es así, proceda a normalizar

Identificación de cada propiedad/característica de análisis - Identifique cada dato, con el Código SACODE (Salud — S,

Contaminación — C y Desgaste — D). Poner letra a la izquierda de cada dato (Ver Tabla 2)

Línea Base y última muestra reportada -Ver Primero la información

de la “línea base”, Segundo la data del último análisis y Tercero la data de las diferentes muestras a lo largo del tiempo (tendencias)

Establecimiento de Límites - Con la información de la línea base,

calcular los límites de precaución y críticos para cada resultado, tomando en consideración la información en la Tabla 1. Anotar los

límites de precaución y crítico a la derecha de cada valor.



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Metodología - Iniciar lectura primero en cuanto a las propiedades de SALUD, segundo la data relativa a la CONTAMINACIÓN y al final, los

datos correspondientes al DESGASTE

Calificación de datos en varias categorías - 1. Dato normal: dentro

de límites precautorios, 2. Datos con tendencia: aún está dentro de límites normales o críticos, pero muestra una especial tendencia, ya sea de incremento o de disminución y 3. Dato anormal y crítico (a

éstos se les denomina “pivotes” y servirán como puntos base de referencia para la calificación del reporte): Son los que están fuera del

límite crítico o por encima del límite de 2 desviaciones estándar o cuando se tienen 3 valores consecutivos por encima del límite de una desviación estándar (aunque esté por debajo del límite de 2

desviaciones estándar). En este proceso (tal como se describe en el punto de arriba) detenerse en el primer valor anormal que resulte y marcarlo como “Pivote #1”. Ver además, la historia para tal propiedad

(información de muestras anteriores). Continuar este proceso, de tal forma que primero se recorrerán todos los datos de salud, después los

de contaminación y al final los de desgaste. Es posible, dependiendo del estado de la muestra, el obtener varios pivotes en cada una de las dimensiones (SA-CO-DE)

Anotar las conclusiones parciales en cada dato y continúese en el orden establecido

Al terminar, reúna sus anotaciones, analice si los pivotes o datos con tendencia se relacionan (explican) entre sí y emita un reporte de lo encontrado. No aventurarse en las conclusiones, mantenerse

siempre en el contexto de los hechos; en todo caso recomiende hacer o haga una investigación de campo

Defina acciones para qué hacer con el lubricante y qué hacer con el

equipo. Utilice el código de colores:

o Verde – Condición normal, no se requiere acción

o Amarillo – Condición anormal, requiere acción

o Rojo – Condición crítica, requiere acción inmediata



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Resumen

El análisis de lubricante se divide en tres categorías. La salud del

lubricante, la contaminación del lubricante y el desgaste de la

maquinaria. Cada categoría incluye pruebas específicas para

determinar el estado y desempeño del lubricante y la máquina en

estas tres categorías que son determinantes en el diagnóstico y

solución de problemas.

TEMA 3 – La salud del lubricante

Desarrollo

La primera categoría se refiere a monitorear la condición de

la salud del lubricante. Las pruebas en esta categoría están

dirigidas a monitorear las principales propiedades del

lubricante y la condición de sus aditivos de tal manera que

se pueda establecer si es que puede continuar trabajando o

debe programarse su reemplazo.

“Hay que dejar de tratar los síntomas y

empezar a tratar las causas. Cuando

filtramos el aceite estamos tratando el

síntoma. Cuando se excluye su entrada,

estamos tratando la causa”.

James C. Fitch

Frase

Célebre



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Técnica SACODE - interpretación sistemática del

análisis de aceite: ejemplo de aplicación Noria

Parte 2.

(Artículo relacionado con los temas 3 y 4)

Es muy común que al enfrentar un reporte de análisis, las personas dirijan

su atención directamente a los datos de desgaste. Esto no es lo más conveniente, pues de ser así, el enfoque sería hacia los efectos y no hacia

las causas. Ello puede equipararse a cuando vemos un iceberg en el que podemos llegar a conclusiones erróneas si sólo nos fijamos en lo que vemos... ¡Recordar al Titanic! Mucho mejor, usar el análisis de aceite como

una poderosa herramienta del Mantenimiento Proactivo y usarla para determinar las causas raíz (la parte oculta del iceberg), es decir, la contaminación y la salud del lubricante.

Ejemplo

Al observar los datos, se ve que las muestras fueron tomadas todas dentro del rango de 1000 hrs +/- 10 %, por lo tanto, en este ejemplo, no será

necesario normalizar los datos.



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La calificación del aceite en cada dimensión, apartir de las primeras observaciones es el siguiente:

Para Salud: o Viscosidad: fuera de límites;

o Número ácido (AN): normal; o Nivel de aditivos: normal; o Índice de viscosidad: normal;

o Punto de inflamación: posible dato anormal, con tendencia de aumento.

Para Contaminación:

o Partículas: normal; o Agua: dentro de límites; o Tierra, Polvo: sílice, normal.

Para Desgaste: Normal, no se aprecian tendencias de aumento en

metales de desgaste Por tanto, los datos fuera de lo esperado son la viscosidad y el punto de

inflamación y es necesario centrarse en estos hechos: En primer lugar, revisar cuáles son las causas más comunes para el aumento de la viscosidad:

1. Polimerización

2. Oxidación 3. Pérdidas por evaporación

4. Formación de carbón y óxidos insolubles 5. Presencia de agua en forma de emulsiones 6. Aire atrapado

7. Aceite equivocado (de alta viscosidad )

En dado caso que se tuvieran las causas de oxidación, formación de carbón y óxidos insolubles, se observaría un aumento de color y el número de acidez aumentaría, y se observarían sedimentos en la muestra, lo cual no ocurre.

El aire atrapado también favorece la oxidación del aceite y, con ello, el aumento del AN, al mismo tiempo que le confiere al aceite una apariencia opaca, la muestra no tiene aumento del AN fuera de límites y es clara y

brillante.

La contaminación con un aceite equivocado de mayor viscosidad, es otra posible causa del aumento de viscosidad.

Al revisar los otros datos, encontramos que el AN está muy similar al del

aceite de LB, así como el aditivo antidesgaste (zinc).



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El flash point muestra un aumento. La temperatura muestra también un incremento de 5 °C (lo cual suele ocurrir al aumentar innecesariamente la

viscosidad de un lubricante en el sistema).

Por tanto, sin precipitarnos en las conclusiones, se recomendaría verificar en campo si se han realizado rellenos de aceite con un lubricante del mismo

tipo pero de mayor viscosidad (por ejemplo, ISO VG 68)

Finalmente, vendrían las recomendaciones de qué hacer:

1. Investigar la causa raíz de aumento de viscosidad, revisando en campo, de manera sistemática, los puntos arriba indicados

(numerados del 1 al 7) de posibles causas de aumento de la viscosidad, poniendo énfasis en si ha sido contaminado con un aceite hidráulico similar pero de mayor viscosidad.

2. Una vez investigada la causa raíz, eliminar ésta

3. ¿Qué hacer con el aceite? – el sistema debería de ser perfectamente

drenado y debería de eliminarse ese aceite pues está fuera de límites y ocasiona un calentamiento del sistema.

4. ¿Qué hacer con el equipo? – la salud del equipo (definida por el

desgaste) se encuentra en buen estado. Por lo cual, solamente deberá de ser drenado y adicionado con aceite nuevo dentro de especificación.

5. Considerando los siguientes códigos de colores: o Verde – Condición normal, no se requiere acción o Amarillo – Condición anormal, requiere acción

o Rojo – Condición crítica, requiere acción inmediata Podría calificarse entonces, la condición del lubricante (salud y contaminación) y de la maquinaria (desgaste) de la siguiente forma:

NOTA: Como medida excepcional y considerando que el aceite muestra en sus parámetros de aditivación y acidez buenas características y no está contaminado con partículas, agua ni sílice, una opción económica y

ecológica sería la de adicionarlo en porciones mínimas (hay tablas de cálculo de mezcla de viscosidad), de tal manera que el aceite en el sistema se

mantuviera dentro de los límites definidos. Esto a reserva de verificar que



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se mezcló con un aceite idéntico en aditivación (misma marca y confirmación del proveedor) y sólo de viscosidad más alta.

Referencias

Seminarios Oil Analysis I & II – Noria Corporation

Guía de elementos en el aceite usado, Jim Fitch/Noria Handbook of used oil analysis, Jim Fitch & Drew Troyer/Noria

Resumen

Si un lubricante está sano, estará en posibilidades de proteger a la

máquina y podrá continuar en operación. El monitoreo de los aditivos

y el cambio de las propiedades del lubricante permiten al analista

establecer una estrategia de cambios de lubricante basados en

condición, a la vez que se puede determinar el momento óptimo de

aplicar estrategias que ayuden a extender la vida del lubricante sin

efecto en la protección de los componentes de la máquina.

TEMA 4 – La contaminación del lubricante

Desarrollo

La segunda de las categorías del análisis de lubricante está enfocada

en Identificar la contaminación del lubricante. Las pruebas en esta

categoría están referidas a localizar la presencia de contaminantes,

cuantificarlos y en ocasiones a determinar su procedencia para

establecer las acciones dirigidas a su control y remoción.



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Límites de saturación de humedad de lubricantes y

fluidos hidráulicos

Traducido por Roberto Trujillo Corona Noria Latín América

Para asegurar la disponibilidad requerida de la planta, es necesario

inspeccionar regularmente el grado de contaminación por partículas sólidas y monitorear el contenido de agua en lubricantes no acuosos. Aplicaciones y componentes sensibles con frecuencia se clasifican de acuerdo a sus

límites de tolerancia de contenido de agua en miligramos/kilogramo (mg/kg) o partes por millón (ppm).

En el laboratorio, este valor se mide generalmente por el método de Karl

Fischer. El resultado es la suma del agua libre y disuelta. Sin embargo, el agua sólo causa daño si está libre. El agua disuelta no es un problema.

Todos los lubricantes contienen agua disuelta. Si no se conocen los límites respectivos de solubilidad (saturación) del fluido en uso, no es posible interpretar los resultados por el método de Karl Fischer. Por lo tanto, usar

los métodos apropiados de medición y determinar los límites individuales de solubilidad de agua son precondiciones importantes para implementar estrategias modernas de mantenimiento.

Agua libre y sus consecuencias

El agua libre acelera la degradación del aceite debido a la hidrólisis de

fluidos base éster o por la reacción de aditivos como el dialquil ditiofosfato de zinc (ZDDP) y sulfonato de calcio. De estas reacciones se producen sustancias pegajosas que pueden llevar a la falla de las válvulas en sistemas

de control de aceite así como a la disminución de la vida de servicio de los filtros. Además, el agua causa un incremento del desgaste debido a la

¿Sabías que si el lubricante se contamina

con 1% de agua, la expectativa de vida del

rodamiento que lubrica se reduce en un

90%?

¿Sabías qué?



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cavitación dentro de las bombas y válvulas, corrosión y disminución de la capacidad de carga de la película lubricante. La vida de los rodamientos

también sufre deterioro con un nivel relativamente bajo de contaminación con agua. Ignorar este problema puede provocar serios daños con altos

costos.

Orígenes del agua

El agua en fluidos hidráulicos y lubricantes puede encontrarse en tres

estados físicos – disuelto, líquido y gaseoso. El agua en forma de gas se encuentra dentro del aire del medio ambiente, así como en forma disuelta

dentro de los fluidos en operación. El agua en forma líquida se forma por condensación resultante de los cambios de temperatura; este estado del agua por lo general no debería estar dentro de los fluidos hidráulicos ya que

causará un incremento en los costos de operación debido a los problemas mencionados previamente.

Para entender mejor el cambio de la condición física de la forma no crítica

del vapor de agua a las dañinas gotas de agua, deben examinarse a detalle las leyes más importantes.

Humedad (Humedad relativa)

Los principios básicos para los gases son explicados en la Ley de Dalton (figura 1).

Figura 1: Ley de Dalton para el aire



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El aire está compuesto principalmente de moléculas de oxígeno y nitrógeno, así como de pequeñas cantidades de moléculas de agua y otros gases.

Dentro de un cuarto cerrado, esos componentes podrían causar una presión parcial sobre los muros. Pw es la presión parcial del agua. Si la distancia

entre las moléculas es suficientemente grande en comparación con su diámetro, y no existe ninguna otra interacción, entonces aplica la ley de Dalton. Esto significa que la presión total del aire iguala a la suma de las

presiones parciales de todos sus componentes. Si la presión de vapor de saturación (Pws) se ha fijado dentro del volumen de aire, se encontrará

dentro del gas el máximo número de moléculas de agua. Si incrementa el número de moléculas de agua, esto podría causar condensación, esto es, gotas de agua en forma líquida. Prácticamente, la humedad relativa juega el

rol más importante. La figura 2 describe esta interrelación.

Figura 2: Relación entre la presión de vapor de saturación (PWS), la presión parcial (PW) y

la humedad relativa (Hr)

Presión de vapor de saturación

Dentro de una capa de aire sobre la superficie de un líquido determinado,

se generaría una presión de vapor equilibrada si se incorporase la capa de aire superior. El valor de la presión de vapor depende de la temperatura y el tipo de líquido. El límite de presión de vapor de saturación prevalece si el

nivel de condensación y el nivel de evaporación están equilibrados. Un aumento de la temperatura conduce a un incremento considerable en la presión de vapor de saturación (figura 3).



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Figura 3: Ejemplo de la relación entre la temperatura y humedad relativa

Actividad del agua

La actividad del agua (aw) mide las moléculas de agua libre contenidas en un material (líquido o sólido). La correlación matemática entre la presión de

vapor de saturación y la actividad del agua se muestra en la figura 4. La actividad del agua se define como el cociente entre la presión de vapor de saturación sobre el material y la presión de vapor de saturación sobre el

agua pura.

Figura 4: Actividad del agua



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La presión de vapor del agua sobre el fluido/material respectivo depende de las características del material, por ejemplo, el tipo de aceite básico y los

aditivos. La actividad del agua cambia dependiendo del contenido real de moléculas de agua libre y sirve como una medida del valor de diferencia real

en comparación con el límite de saturación. Esto significa que puede aumentar o disminuir durante el uso del fluido en función de factores tales como el cambio en los aditivos o la generación de productos de degradación.

Este aspecto en particular debe observarse cuando se trata de determinar las curvas de saturación específicas para un determinado tipo de aceite. En consecuencia, la relación matemática entre el valor límite de saturación y

contenido de agua (ppm) cambiará. Además, la actividad del agua (saturación) es sustancialmente dependiente de la temperatura. En fluidos diferentes a los gases, el cambio debido a la presión es insignificante, ya que

son más o menos fluidos incompresibles.

Métodos para determinar el contenido de agua

Hay varios métodos para determinar el contenido de agua. Estos pueden diferenciarse en función de si se mide el contenido de agua en forma disuelta o si se determina el contenido de agua absoluta, es decir, además de la

medición de agua disuelta, también se toma en cuenta el agua libre.

Dos de las técnicas comunes son FTIR y el método de Karl Fischer. En la práctica se utilizan pruebas sencillas de detección con el fin de hacer una

estimación aproximada del contenido de agua. Entre las pruebas más utilizadas están la inspección visual, la prueba de crepitación y el método de agitación.

Medición de la actividad del agua/humedad

La humedad relativa se mide típicamente por medio de sensores eléctricos.

En el caso de los lubricantes, se utilizan principalmente sensores de humedad capacitivos. La figura 5 muestra la construcción básica.



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Figura 5: Principio de construcción de un sensor de humedad capacitivo

Un electrodo permeable al vapor de agua sirve como una capa de contacto para la muestra. Por debajo de este electrodo, que está recubierto con metal

noble, existe el dieléctrico, por lo que las características eléctricas se ajustan en función de la humedad relativa. Su contraparte se encuentra por debajo

de un sustrato base de vidrio o plástico. Su construcción es similar a un capacitor de placas. Debido a la difusión de las moléculas de agua libre en movimiento, se establece un balance de humedad. El resultado se compara

siempre contra la solubilidad máxima de la media (saturación).

Es posible calcular la correlación con el contenido absoluto de agua en ppm o mg/kg sólo si se conoce el límite de solubilidad y se determina la curva de

saturación (figura 3). La precisión de los sensores disponibles está entre 2 y 5 por ciento de humedad relativa.

Determinación de agua usando FTIR

FTIR se basa en el hecho de que la absorción de las moléculas individuales dentro del lubricante varía dependiendo de sus enlaces típicos. El

dispositivo de FTIR compara el espectro de la muestra actual con los datos respectivos del aceite nuevo. El espectro de una muestra de aceite usado contaminado con agua difiere de la muestra de aceite nuevo con respecto a

sus oscilaciones del OH en un número de onda entre 3,650 a 3,150 cm-1.

Por medio de las intensidades de las bandas o el cálculo del área dentro de este rango de número de onda, es posible determinar el contenido de agua

de acuerdo con la ley de Beer-Lambert (figura 6).



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Figura 6: Espectro de aceite Nuevo y usado de un aceite HLP

conteniendo 2,265 ppm de agua

Si el espectro de aceite nuevo se modifica debido a un cambio en el contenido del lubricante, o si el aceite usado se mezcla con otro tipo, o si los grupos

OH aumentan debido a la degradación del aceite, pueden presentarse diferencias considerables con respecto a los valores calculados de agua. Por

lo tanto, es necesario tener en cuenta todas las posibilidades a la hora de evaluar los resultados de FTIR para evitar interpretaciones equivocadas. En consecuencia, el límite mínimo de 1,000 ppm parece plausible. El límite

máximo se alcanza cuando aparecen gotas de agua no homogénea. Debe evitarse el uso de este método para lubricantes con un límite de saturación

por debajo de 1,000 ppm.

Determinación de agua por el método Karl Fischer

No es fácil determinar con precisión el contenido de agua dentro de un

lubricante o fluido hidráulico. Algunas sustancias requieren titulación. La titulación coulométrica según Karl Fischer se basa en un método

electroquímico. El dispositivo consta de dos componentes: el titulador Karl Fischer y un horno integrado. Se introduce cierta cantidad de la muestra de aceite en un vial de vidrio sellado herméticamente a través de un diafragma

(Figura 7). El vial de vidrio se coloca en el horno y el diafragma se perfora con una cánula. Se vierte nitrógeno en la muestra y después en el recipiente



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de titulación. Debido al proceso de calentamiento, se evapora el agua dentro de la muestra de aceite (vapor de agua). Con este método, sólo el vapor de

agua que fue absorbido por el flujo de nitrógeno es conducido al interior del recipiente de titulación. Se evitan completamente los efectos secundarios

que pudiesen causar los aditivos.

Nivel de saturación de agua de diferentes tipos de fluidos

El límite de saturación de un lubricante depende de su calidad, por ejemplo, el tipo de aceite básico, aditivos, contaminación o sub-productos de la

degradación. El valor límite cambia en relación con el número real de moléculas de agua libre. Este parámetro varía durante la vida de operación

de los fluidos hidráulicos y lubricantes dependiendo de los cambios en el fluido. Este aspecto es especialmente relevante cuando es necesario para determinar curvas de saturación de aceite específicos, ya que la relación

matemática entre el límite de saturación y el contenido de agua en ppm del producto nuevo podría cambiar después de algún tiempo en uso.

En lo que respecta a aceites de motor, esto normalmente significa que

disminuye la solubilidad en agua a la misma temperatura, debido a que los aditivos se consumen y por lo tanto ya no están disponibles para unirse a las moléculas de agua. Para la mayoría de los fluidos hidráulicos y

lubricantes de circulación, la solubilidad en agua aumenta cuando los fluidos están en uso debido al aumento en el número de constituyentes

Figura 7: Titulador Karl Fischer con viales de muestras



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polares resultantes del incremento de los productos de degradación. Ellos, a su vez, pueden enlazarse a moléculas de agua adicionales.

En el laboratorio Oelcheck, se analizaron varios cientos de muestras de aceite con paquetes de aditivos diferentes y distintas viscosidades. El contenido absoluto de agua se determinó por el método de titulación

coulométrica Karl Fischer, mientras que la actividad de agua (humedad relativa) se determinó por medio de sensores de agua. Se excluyeron las

muestras sobresaturadas. Además de muestras de aceite nuevo se analizaron muestras de aceite usado de varios componentes. La figura 8 muestra algunos niveles de saturación típicos de diferentes fluidos

hidráulicos. Se observan márgenes estrechos debido a la alteración de los paquetes de aditivos y diversas influencias. La figura 9 muestra los valores límite de lubricantes comunes.

Figura 8: Rangos de saturación de agua de varios fluidos hidráulicos



125

Figura 9: Rangos de saturación de agua de varios lubricantes

Especificación y límites

Conscientes de las consecuencias negativas causadas por el agua libre dentro de los fluidos hidráulicos y lubricantes, varios fabricantes y

organizaciones de estándares han publicado directrices y valores límite sobre el contenido de agua permisible. Las tablas 1 y 2 muestran algunos ejemplos para fluidos elaborados con básicos sintéticos y minerales.

Tabla 1: Valores límite de contenido de agua en aceitvales (detección de acuerdo con el

método Karl Fischer)



126

Tabla 2: Valores límite de contenido de agua en fluidos sintéticos (detección de acuerdo

con el método Karl Fischer)

Los valores límite se dan sólo para el contenido absoluto de agua. De hecho, tuvo que comprobarse que ciertos valores límite no se hubieran excedido. Esto llevó a la correlación entre los valores de los sensores de humedad en

por ciento de humedad relativa y el contenido absoluto de agua (ppm o mg/kg), siendo determinada y guardada como "calibración". Hasta ahora, los estándares para los niveles máximos de humedad relativa se indican sólo

por unos pocos fabricantes de filtros y sensores de humedad.

El ajuste de las especificaciones existentes, directrices y estándares indicando el nivel máximo de humedad relativa/actividad del agua puede

ser significativa, por razones técnicas y económicas. Esto podría simplificar sustancialmente el uso de sensores de humedad, ya que sería innecesario

determinar las curvas de saturación, y podría ignorarse la correlación matemática.

La figura 10 muestra una explicación de los valores límites razonables para el uso de sensores de humedad basado en los valores medidos (humedad

relativa).



127

Figura 10: Ejemplo de la estimación de la humedad relativa de lubricantes

Recuerde, el agua es generalmente la fuente líquida de la contaminación del lubricante. La medición y la observación de la humedad relativa/actividad del agua puede servir como un indicador temprano del posible desarrollo de

la perjudicial agua libre. Con el fin de evaluar el riesgo y poner en marcha las medidas necesarias para evitar un daño severo, es útil conocer el nivel de saturación del líquido en uso. Por lo tanto, se recomienda establecer

valores límites adicionales con respecto a la humedad relativa máxima en comparación con el valor de saturación.

Resumen

Un lubricante libre de contaminación puede proteger a los

componentes de la máquina. La presencia de contaminantes degrada

la función del lubricante, destruye los componentes de la máquina y

por ello deben considerarse pruebas específicas para identificar los

contaminantes más probables en el lubricante en función de su

contexto operacional y la severidad de operación de los fluidos.



128

TEMA 5 – El desgaste de la maquinaria

Desarrollo

La tercera de las categorías del análisis de lubricante está dedicada

específicamente a identificar el comportamiento de los componentes

lubricados de la máquina. Las pruebas en ésta categoría están

dirigidas a la identificación de partículas de desgaste de diferentes

tamaños y características para conocer su procedencia y severidad.

Prueba Rápida para Detectar Partículas de Desgaste

en el Aceite

Noria Corporation

Algunas veces es necesario determinar rápidamente si una máquina está generando una cantidad inusual de partículas de desgaste. Una manera de

lograrlo es sacar una membrana y mirar las partículas por medio de un microscopio simple. Las partículas de desgaste tienden a ser brillantes debido a la reflexión de la luz, especialmente si son partículas generadas

recientemente y que no han tenido oportunidad de oxidarse. Sin embargo, algunas veces se necesita separar las partículas de desgaste

de las partículas de tierra para obtener una visión más clara. Hay un método muy simple para separar las partículas magnéticas (p.ej. hierro y

acero) que es rápido y barato. Una vez separadas, las partículas pueden verse por medio de un económico microscopio de campo para su evaluación.

1. Mezcle queroseno y aceite (u otro solvente adecuado) en proporción de 50/50 en un matraz de fondo plano. Asegúrese que el queroseno sea

aplicado a través de una botella con filtro incorporado.

2. Coloque un magneto en el fondo plano de la botella y muévalo sobre el fondo del matraz por aproximadamente tres minutos.

3. Sin quitar el magneto del fondo del matraz, decante el líquido y las partículas no magnéticas pasándolas por una membrana y empleando una

bomba de vacío. Esto hará que las partículas magnéticas se separen.



129

4. Remueva el magneto y añada aproximadamente 50 ml de queroseno o solvente filtrado y agite un poco más.

5. A continuación, transfiera las partículas magnéticas a otra membrana, utilizando también la bomba de vacío

6. Vea las membranas empleando un microscopio con luz superior. La primera membrana serán principalmente tierra, polímeros, óxidos, lodo y

metales no ferrosos (ej. Cobre, babbitt, aluminio, etc.) La segunda membrana mostrará las partículas generadas por las superficies críticas, como el eje, rodamientos y engranajes.



130

7. Refiérase al atlas de partículas de desgaste según sea necesario, para interpretar sus hallazgos.

Esta técnica es muy flexible y le proporciona información al momento. Puede emplearse para verificar conteos de partículas altos, lecturas anormales de vibración y sospechas de falla de filtro. La confirmación visual como esta

incrementa su confianza en la toma de decisiones y recomendaciones.

Resumen

La condición de los componentes de la maquinaria puede ser

determinada identificando la cantidad de partículas de desgaste y sus

características. El análisis de lubricante puede identificar el inicio de

desgaste y su progreso de manera muy efectiva sin importar si las

causas están ligadas al lubricante o a una condición mecánica.



131

TEMA 6 – El enfoque proactivo del análisis de lubricante

Desarrollo

Las dos primeras categorías del análisis de lubricante son

proactivas, ya que están dirigidas a las principales causas

de degradación del lubricante y del desgaste de la máquina.

Cuando el programa de análisis de lubricante es diseñado y

ejecutado correctamente en estas dos categorías, las causas

de falla pueden ser localizadas con anticipación y se pueden

tomar medidas para su control, permitiendo la ampliación

de la vida de los componentes y del lubricante.

¿Sabía usted que típicamente 50% de las

muestras analizadas en laboratorio no

tienen problemas, sólo 5% detectan

problemas serios, pero el 45%

restante alertan de problema inminente o

falla en progreso, requiriendo efectuar

pruebas adicionales?

¿Sabías qué?



132

Mantenimiento proactivo: Estrategia y filosofía

central del análisis de aceite

Jim Fitch. Noria Corporation.

Muchos usuarios están inseguros de lo que el análisis de aceite está

tratando de hacer. ¿Es esta una estrategia para decirnos cuando cambiar el aceite? ¿Lo usamos para que nos avise cuándo y dónde falla una máquina? ¿Es un método para reducir la severidad de falla de la maquinaria o su

frecuencia?

Frecuentemente, los usuarios asocian un programa de análisis de aceite como un indicador sistemático de alerta temprana de la falla del aceite o la maquinaria (ej. control de daños). Mientras que estos beneficios ayudan y

son frecuentemente alcanzados por los usuarios, deberían estar preocupados por el bajo aprovechamiento que tienen en comparación con los mayores beneficios que obtendrían al impedir la falla. La estrategia del

mantenimiento basado en condición busca evitar la falla y define a la filosofía del mantenimiento proactivo como la estrategia central del programa de

análisis de aceite.

Donde quiera que se aplique la estrategia del mantenimiento proactivo, se requiere de tres pasos para asegurar que se alcancen los beneficios esperados (vea la figura 1).

Dado que el mantenimiento proactivo es por definición una actividad continua de monitoreo y control de las causas de falla de la maquinaria, el

primer paso consiste en establecer un objetivo o estándar asociado con cada una de las causas de falla. Estos objetivos ayudan a asegurar un ambiente

que conduzca a prolongar la vida de la maquinaria.



133

En el análisis de aceite, las causas de falla de mayor importancia están relacionadas con la contaminación de los fluidos (partículas, humedad,

calor, combustible, productos químicos y aire) y la degradación de los aditivos. El primer paso es la definición de metas específicas para cada

componente y tipo de contaminante. Las metas deben ser retadoras y motivantes (ej. elevados niveles de limpieza). El segundo paso es alcanzar y mantener bajo control (por debajo de las metas) las condiciones de los

fluidos. Este paso frecuentemente incluye una auditoría para identificar cómo se

contaminan los fluidos y posteriormente eliminar sistemáticamente esos puntos de ingreso de contaminación. A menudo es necesario mejorar el nivel de filtración actual e instalar separadores.

1. Establecer los niveles de limpieza específicos para cada máquina

Debe alcanzar una extensión de vida en un nivel significativo

2. Ajustar los métodos de exclusión y remoción de contaminantes para alcanzar los objetivos

Eliminar o reducir el ingreso de contaminantes

3. Implementar un programa de monitoreo de contaminantes Antes del filtro, a

intervalos frecuentes

Figura 1. El mantenimiento proactivo es efectivo cuando se siguen estos

tres pasos.



134

El tercer paso es igualmente vital y es el elemento de acción del programa de análisis de aceite. Específicamente, el control de esas causas de falla

dentro de los límites objetivo sólo se logra cuando se establece una retroalimentación constante. En este caso, el análisis de aceite proporciona

el ciclo de información, y cuando ocurren las excepciones (ej. resultados por arriba del límite), deberán comisionarse inmediatamente acciones que lo remedien. Utilizando esta estrategia de mantenimiento proactivo, el control

de la contaminación se convierte en una actividad disciplinada de monitoreo y control de la limpieza de los fluidos y no una inútil actividad de tan solo

graficar los niveles de suciedad. Las organizaciones que se adhieren a esta “ética de limpieza” con entusiasmo y compromiso son quienes se benefician al máximo con el programa de análisis de aceite.

Finalmente, cuando los beneficios de extensión de vida del mantenimiento proactivo son acompañados por los beneficios de detección temprana del

mantenimiento predictivo, se tiene como resultado un muy completo programa de mantenimiento basado en condición.

Mientras que el mantenimiento proactivo se concentra en el control de las causas de falla, el mantenimiento predictivo lo hace en la detección de la

falla en etapa temprana, tanto de las propiedades del fluido como de la condición de los componentes de la maquinaria, tales como engranajes y

rodamientos. Esto se logra generalmente con el monitoreo de la presencia de partículas de desgaste metálico en el aceite.

Los niveles anormales de partículas de desgaste están enviando una señal de SOS a los técnicos de mantenimiento, informándoles que las superficies de la maquinaria se están deteriorando. Deberá desarrollarse e

implementarse una acción correctiva inmediata para evitar el progreso de la falla y una reacción en cadena que ocasione la destrucción del componente.

Ejemplo

Cuando las pruebas del análisis de lubricante se concentran en el desgaste

(como es tradicional), el enfoque es totalmente predictivo. Un programa que

pone énfasis en las pruebas de las primeras dos categorías (Salud y

Contaminación del lubricante) está dirigido a la localización de las causas

de falla de la maquinaria. Si los resultados de las pruebas de salud y

contaminación del lubricante son normales, las pruebas de desgaste serán

normales a menos que exista una condición mecánica que provoque

desgaste.



135

Resumen

Las pruebas de la salud y la contaminación están dirigidas a

identificar y controlar las principales causas de falla en componentes

lubricados. Un lubricante sano y libre de contaminación está en

posibilidades de proteger a los componentes de la maquinaria,

mientras que un lubricante degradado o contaminado no los protegerá

y además contendrá elementos que destruyen los componentes.

Objetivos Estrategias

1. Abatimiento del desgaste

mecánico; extensión de la vida del

componente

(mantenimiento proactivo)

Control y vigilancia de la limpieza,

humedad y temperatura de los

fluidos.

Control de la estabilidad de las

propiedades físico–químicas de los

fluidos

2. Abatimiento del deterioro de los

lubricantes; extensión de la vida de

los aditivos y del aceite básico

(mantenimiento proactivo)

Control y vigilancia de la limpieza,

humedad y temperatura de los

fluidos

3. Detección temprana de falla del

lubricante (mantenimiento

predictivo)

Monitoreo y vigilancia de las

propiedades físico–químicas vitales

de los fluidos

4. Detección incipiente de los

síntomas de falla de la superficie

interna de la maquinaria

(mantenimiento predictivo)

Monitoreo y vigilancia de los niveles

y tipos de desgaste de la maquinaria



136

TEMA 7 – El enfoque predictivo del análisis de lubricante

Desarrollo

El análisis de lubricante tiene una gran fortaleza al identificar

condiciones futuras. Conocer el momento en que el lubricante debe

ser reemplazado por que sus propiedades han cambiado

irreversiblemente, o poder determinar el inicio de una condición de

desgaste en los componentes de la maquinaria, permite al analista

tomar decisiones y programar las actividades evitando paros costosos.

“El ingrediente secreto para el éxito es la

pasión. Sin ella, hasta el programa más

técnico está condenado a caer en la

mediocridad o el fracaso”.

Drew Troyer

Frase

Célebre

Si tu programa de análisis de lubricante

está enfocado sólo a identificar el desgaste

de los componentes de la máquina,

entonces estás desperdiciando todo el

potencial proactivo que está dirigido a

localizar la fuente del problema. El 80% de

los beneficios de un programa de análisis

de lubricante está en la filosofía proactiva.

Reflexiona



137

Ejercicio

DESCARGA EL ARCHIVO EJERCICIOS CLASE 4.PDF, PARA QUE

PUEDAS REALIZAR LA ACTIVIDAD DE LA CLASE.



138

Resumen

Los resultados de las pruebas del análisis de lubricante pueden ser

correlacionados para identificar situaciones que indiquen el final de

la vida del lubricante y poder programar su cambio. Cuando se trata

de desgaste de los componentes de la máquina, el análisis de

lubricante puede determinar el inicio del desgaste anormal el progreso

de la falla, identificar al componente que se desgaste y en muchas

ocasiones identificar la severidad del problema para que se puedan

establecer la medidas necesarias para su control o reparación antes

de una falla catastrófica del componente.

LINGOTE DE ORO

4. El análisis de lubricante en la actualidad no se concreta a enviar la muestra al laboratorio.

5. Laboratorios en sitio y sensores en línea son el complemento de la

estrategia que permite identificar modos de falla con periodos de

desarrollo cortos exitosamente.



139

Palabras Clave

Salud del lubricante:

Se refiere a la determinación de las condiciones del lubricante en cuanto a sus propiedades físicas y químicas (viscosidad, AN, BN, oxidación, nitración, sulfatación, aditivos, contaminación)

Contaminación del lubricante:

Se refiere a la identificación de los contaminantes que pueden afectar la salud del lubricante y generar desgaste en los componentes de la máquina (partículas, agua, aire, calor, anticongelante/refrigerante, hollín,

combustible) Desgaste:

Condición que genera un modo de falla

Causa de Falla: Condición que se presenta cuando una o más de las funciones principales

de una máquina dejan de estar disponibles

Falla: Condición que ocurre cuando uno de los componentes de una máquina o

su ensamble se degrada o exhibe un comportamiento anormal


CLASE 4 Tipos de Análisis de Lubricante -...

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