42ºAnálisis de Lubricantes.Detección de Partículas Metálicas

matraces-con-lubricantes

1-Introducción:

El análisis de lubricantes, es una tarea que forma parte del mantenimiento predictivo, actividad necesaria en muchos casos para comprobar el estado en cuanto al desgaste de los componentes internos de las máquinas, más concretamente de los elementos que friccionan entre si como cojinetes o rodamientos.

matraces-con-lubricantes

Los estudios de los lubricantes se realizan para:

  • Conocer el lubricante empleado en cada equipo
  • Optimizar el número de lubricantes a utilizar en una instalación
  • Ahorrar costes en la lubricación
  • Ahorrar costes en el mantenimiento
  • Evitar errores al suministrar lubricante a equipos.

Los programas de muestreo y análisis de aceites requieren un diseño previo en función del objetivo designado. Por ejemplo; un mantenimiento preventivo más o menos holgado en cuanto a reposición de lubricante,los programas deben especificar una serie de aspectos básicos como serían los siguientes;

  • Localización de los puntos de muestreo en los equipos o sistemas
  • Procedimientos para la recogida de muestras (frecuencia de muestreo,rutas,etc)
  • Envases adecuados para recoger las muestras (limpieza y material adecuado)
  • Proceso de identificación y envío inmediato de las muestras a laboratorio.
  • Designar las pruebas a las que van a ser sometidas las muestras.
  • Estándares,métodos y frecuencia de calibración de instrumentos empleados en los análisis.
  • Información a presentar como resultado de los análisis.
  • Interpretación y actuación en consecuencia de los resultados por parte del departamento técnico.

Nota*: Para indagar más sobre los aspectos físico-químicos y demás características de los lubricantes 31º Lubricantes

2-Tipos de Desgaste:

El desgaste viene dado por los diferentes procesos a los que se ven sometidos los equipos durante su vida útil, y se clasifican en las siguientes categorías:

  • Desgaste abrasivo: se produce por el efecto de partículas duras, como polvo,arena y metales, entrando en contacto con componentes metálicos internos. Para disminuir este tipo de desgaste se pueden instalar un sistema de filtrado.
  • Desgaste adhesivo: se produce cuando dos superficies metálicas entran en contacto,permitiendo que se desprendan partículas de las superficies de fricción.Las causas de este desgaste viene dada por una lubricación deficiente o lubricante contaminado.
  • Cavitación: se produce cuando las burbujas formadas por disminución de presión en el aceite colapsan y bombardean las superficies metálicas produciendo picaduras o fisuras.
  • Desgaste corrosivo: se produce por la reacción química que desprende el material de la superficie de un elemento.(Reacción de oxidación generalmente).Se da cuando el metal está en presencia de agua,productos de la combustión o corrientes eléctricas.
  • Desgaste por fatiga:cuando se produce una fisura en la superficie de un elemento sujeto a esfuerzos cíclicos,este proceso genera un desprendimiento de partículas.

Clasificación del volumen del desgaste:

  • Desgaste inicial: ocurre cuando la máquina se pone en marcha por primera vez, se genera un porcentaje de desprendimientos de partículas que va disminuyendo después de dos o tres cambios de aceite.
  • Desgaste normal: es el desgaste que se va produciendo con el funcionamiento normal de la máquina,en esta etapa el desgaste está estabilizado y este va aumentando con el envejecimiento del equipo.
  • Desgaste anormal: se produce cuando se da un fallo o avería en la máquina y se ve aumentado el porcentaje de desprendimiento de partículas.

Posibles fuentes del problema según los elementos encontrados en el análisis de aceite:

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3-Pruebas para la detección de partículas:

Cuando realizamos análisis de aceites, es necesario saber que elementos son parte del lubricante y cuales representan un desgaste de metales de fricción o un contaminante.

  • Aditivos del lubricantes: Ba,Ca,Mg,P,B
  • Metales de Desgaste: Fe, Cu, Pb, Ag, Al, Ni
  • Contaminantes: Si, Na, K, Ba

Para la detección de estos elementos y las ppm de los mismos, podemos emplear los siguientes métodos o pruebas.

3.1-Espectrometalografías

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Esta técnica se emplea para detectar y cuantificar trazas de elementos metálicos. Se realiza para medir partículas metálicas menores a 10 micras.

  • Ventajas:
    • Proporciona información sobre el desgaste,contaminación y aditivos.
  • Desventajas:
    • No permite evaluar las partículas mayores a 10 micras.

3.2-Espectrometría de emisión (I.C.P.)

ICP

La espectrometría de emisión o  ICP (Inductively Coupled Plasma) consiste en emplear una muestra,esta se calienta y se lleva a un estado de plasma, en este estado,los elementos contenidos en el lubricante emiten unas ciertas radiaciones en el aspecto visible y ultravioleta. La intensidad de radiación recibida, es separada por difracción en diferentes parámetros de longitud de onda, esto permite calcular las concentraciones de diferentes elementos contenidos en la muestra de aceite.Esta técnica permite mediciones de concentraciones de 1 a 1.000ppm y se emplea para medir concentraciones de aditivos,metales de desgaste y contaminantes.

  •  Ventajas:
    • Permite calcular de forma precisa concentraciones de 1 a 1.000ppm
    • Excelente rango de detección y capacidad multi-elemento
  • Desventajas:
    • Debido a la multitud de líneas de emisión, se producen interferencias espectrales 
    • Alto coste de operación

3.3-Análisis de espectrometría por infrarrojos

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Los análisis infrarrojos son una forma de espectroscopia de absorción restringida en la región longitud de ondas espectrales infrarrojas. La prueba consiste en hacer atravesar a un haz de luz infrarroja que atraviesa una muestra de aceite usado, esto genera un espectro infrarrojo que se reproduce en una gráfica. Cada aceite tiene su propio espectro característico, por lo que esta técnica se reduce a la comparación del espectro del aceite nuevo y el usado, las diferencias entre las gráficas de los espectros muestran algunos de los cambios de los componentes que conforman el lubricante.

En función de estos cambios se puede medir la cantidad de TBN que se ha consumido, el contenido de agua o la oxidación del aceite.

3.4-Ferrografía analítica

Las ferrografías son una de las técnicas más importantes para determinar la composición se utilizan para captar partículas metálicas en el rango de 0.1 a 500 micras, por lo que el campo de amplitud no solo cubre el campo de desgaste anormal (10 a 100 micras) sino que también incluye el rango de espectrografía.
Con este sistema, se clasifican las partículas metálicas según la forma y el tamaño, determinando el tipo de desgaste.

El principio de funcionamiento de la ferrografía analítica, consiste en separar sistemáticamente las partículas en suspensión en el lubricante sobre una placa de vidrio. Esta placa 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.

Identificación de las partículas:

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  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.

 

Según la forma de la partícula se determina el tipo de desgaste:

  • Partícula redondeada: Indica desgaste abrasivo.
  • Partícula alargada o puntiaguda: Indica que la raíz del desgaste es más crítico.
  • Ventajas:
    • Se detectan problemas mucho mas tempranamente que con el análisis de espectrometría.
  • Desventajas:
    • Es costoso en comparación con otros métodos de análisis.
    • Requiere tiempo y habilidad del analista (buena vista al microscopio)

3.5-Contador de partículas

Este sistema funciona con una base óptica láser que permite la medición absoluta de las partículas con dos micras en una muestra de aceite.

Estos equipos trabajan bajo las normas ISO de filtración como la ISO 4406 que especifica el grado de limpieza de un aceite con base a tres números:

  1. El primer número indica el número de partículas mayores o iguales a 2 micras
  2. El segundo número indica el número de partículas a 5 micras
  3. El tercer número indica el número de partículas a 15 micras

Nota*:Todas estos conteos se realizan en una muestra de 100 ml de aceite.

4-Bibliografía:

  • Análisis de elementos presentes y ferrografía analítica. Autor: A-MAQ S.A. Ingeniero:  Marcel Rueda
  • Ingeniería del mantenimiento. Ediciones AENOR.

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