análisis de aceite

Lubricación de Equipo Crítico en Plantas de Proceso y Distribución de

Hidrocarburos

“ANÁLISIS DE ACEITES LUBRICANTES DE TURBOMAQUINARIAS”

Monitoreo de la Condición de Lubricantes de Turbomaquinas

Los lubricantes de turbinas pueden durar solamente unas pocas cientos de horas en turbinas de Jets o varios años, hasta décadas, en turbinas hidroeléctricas. En los últimos años se ha tomado realmente conciencia de la elevada importancia que tiene realizar monitoreos de condición del lubricante para maximizar el rendimiento y vida útil de las turbinas

El objetivo es: mediante cuidadosas evaluaciones del estado actual del lubricante en uso, optimizar las frecuencia de cambio y el mantenimiento. Cambios prematuros del lubricante conducen a Altos Costos de Producción; lo mismo sucede si dichas evaluaciones son inadecuadas respecto a la condición del lubricante.

La ASTM D4378: “Prácticas Comunes para el Monitoreo de Lubricantes Minerales Tipo Turbina en Servicio para Turbinas de Gas y de Vapor”, dice:

“Los objetivos de un programa de análisis de aceite pueden extenderse mas alla de la supervisión de las condiciones del aceite basada simplemente en un plan proactivo del cuidado del mismo. La supervisión de estas Condición permite que maximizar los intervalos entre cada reparación y entre los cambios previstos del lubricante. El monitoreo del estado del lubricante reduce los costos de reparaciones y aumenta disponibilidad y confiabilidad de la maquinaria.

Monitoreo de la Condición de Lubricantes de Turbomaquiria

El programa de monitoreo para la condición de los lubricantes se ha utilizado desde hace 50 años, y es una herramienta básica para determinar el desgaste que sufre cada maquinaria. Para maximizar la vida de los aceites de turbinas, como se dijo, es más que necesario contar con un Programa de Monitoreo de la Condición del Lubricante y un adecuado tratamiento y manipulación de los mismos, pero además se debe incursionar en:

• Seleccionar y Usar el Lubricante Correcto.

• Determinación de los Puntos de Muestreo y Técnicas Correctas.

• Control de la Contaminación

• Manipuleo y Almacenamiento Correcto• Llevar a cabo actividades de Mantenimiento en los Intervalos Requeridos.

• Gestionar el Programa: establecer metas, indicadores, procedimientos y mejoras continuas.

• Entrenamiento de personal Clave y Directores.

!!! El lubricante es la Sangre de la Maquina y refleja el estado de salud de la misma !!!

Analogía Médica

Utilidad del Análisis de Aceite Lubricante

Condición del Lubricante

Condición de la Maquinaria

Tipo de Contaminación

Posible Origen de la Contaminación

Efectos Asociados a la Contaminación

Métodos para Eliminar estos Problemas

Condición de la Maquinaria:

• Desgaste Normal

Los análisis especiales de Causa Raíz: Ferrografía de Lectura Directa, Ferrografía Analítica.

• Desgaste Acelerado

Condición del Lubricante:

Lubricante Contaminado:

Es posible Eliminar la contaminación, Lubricante continua en Servicio.

Lubricante Degradado:

Se debe Cambiar lubricante.

Tipo y Fuente de Contaminación:

• Tipo de Contaminante: agua, sílice, gases, metales de desgaste, barnices, etc.

• Fuente: determinar y encontrar la causa raíz del problema.

Tres puntos importantes del Análisis de aceite:

1.Lubricante: comprobación de las propiedades físicas y químicas del lubricante en uso, en comparación en el lubricante nuevo.

2.Contaminación: Supervisar la limpieza del aceite mediante el control de partículas contaminantes.

3.Maquina: Análisis de los metales contaminantes suspendidos en el aceite para determinar el desgaste de la maquina y su estado actual.

Limpieza del Aceite

1µm = 0.001 mm

• Un cabello humano mide 70 micrones

Los sentidos: Vista, Tacto, Olfato, Gusto, ¡¡¡ No son suficientes !!!

• Un buen Ojo Humano alcanza a ver solo 40 micrones

El control de la contaminación es una estrategia central y un punto de relevante importancia para un Programa de Mantenimiento Proactivo.

Tipo de Lubricación Claro [m]

ElastoHidroDinámica (EHD) 0.1 a 1

Hidrodinámica (HD) 0.5 a 10

Hidrostática (forzada) 1 a 10

Espesor de Película Lubricante

“El aceite contaminado mata a las máquinas”. El aceite limpio es uno de los factores más importantes que afectan la vida remanente y en servicio de los componentes lubricados de toda la maquinaria. Los internos de una maquina son especialmente sensibles a la contaminación de partículas

Interpretación de un Reporte De Análisis De Aceite

Puntos importantes para la interpretación de un reporte de análisis de aceite:

1) Tomar una muestra representativa ó no puede cambiar rotundamente el resultado de los análisis, como así también su correcto etiquetado, envío y análisis.

2) Conocer los ensayos ASTM e ISO a realizar para cada equipo y necesidad.

• ESPECTROSCOPIA

• CONTENIDO DE AGUA

• VISCOSIDAD CINEMÁTICA

• NÚMERO ÁCIDO (AN)

• CONTEO DE PARTÍCULAS

• FERROGRAFÍA DE LECTURA DIRECTA

• FERROGRAFÍA ANALÍTICA

• PUNTO DE INFLAMACIÓN • COLOR

• INFRAROJO (IR)

PAQUETE TÍPICO:

PAQUETE ESPECIAL PARA ANÁLISIS DE CAUSA RAÍZ (RCA & RCFA):

• ADITIVOS: RPVOT, FOAM, DEMULSIBILITY, AIR RELEASE, etc. • BARNICES: VPR™

• DETERMINACIÓN DEL TIPO DE AGUA (WSD)

• Paquete A:

Número Ácido (AN) ASTM D974

Conteo de Partículas ISO 4406

Viscosidad Cinemática @ 40° C ASTM D445 Color ASTM D1500 Punto de Inflamación ASTM D6450

Contenido de Agua (KF) ASTM D1744

Espectroscopia de Metales

• Aplica para las Siguientes Maquinarias:

Compresores y Bombas Centrífugas

Bombas de Diafragma

Compresores de Tornillos Rotativos Inundados o Secos Sistemas Hidráulicos en General Turbinas de Gas, de Vapor, Ciclo Combinado, Hidroeléctricas y Aero-Derivadas Sellos de Aceite

Sopladores, Chumaceras, Motores Eléctricos

Compresores de Paletas Rotativas o Deslizantes, Centrífugos y de Lóbulos

Compresores de Refrigeración Cualquiera de los sistemas anteriores que compartan el sistema de lubricación

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceitePAQUETE de ENSAYOS TÍPICO: Compuesto por los ensayos más relevantes que como mínimo se deberían de incluir en un Paquete de Análisis Básico para Aceites tipo Turbina:

• Paquete B:


Ferrografía de Lectura Directa DRFS & DRFL

Viscosidad Cinemática @ 40° C ASTM D445 Color ASTM D1500 Punto de Inflamación ASTM D6450




Compresores Reciprocantes

Sistema Motor-Engranes-Compresor Cojinete de Empuje o Axial

Motocompresores Integrados

Cualquiera de los sistemas anteriores que compartan el sistema de lubricación

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceitePAQUETE de ENSAYOS BASICO: Compuesto por los ensayos más relevantes que como mínimo se deberían de incluir en un Paquete de Análisis de Aceites Básicos:

• Paquete C:


Ferrografía de Lectura Directa DRFS & DRFL

Viscosidad Cinemática @ 40° C ASTM D445




Cajas de Engranes Bombas de Engranes


PAQUETE de ENSAYOS BASICO: Compuesto por los ensayos más relevantes que como mínimo se deberían de incluir en un Paquete de Análisis de Aceites Básicos:

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteEvaluación y Determinación de pruebas.

Es una de las propiedades físicas más importantes de los lubricantes y debe monitorearse continuamente. La viscosidad indica la resistencia a fluir del aceite y nos da una idea de la capacidad de la película lubricante para soportar cargas y admitir velocidades. Un cambio repentino indica un problema serio asociado a la contaminación o degradación del lubricante y requiere atención inmediata.

1. VISCOSIDAD CINEMÁTICA @ 40° C [CentiStokes, cSt] – ASTM D445

VISCOSIDAD CINEMÁTICA @ 40° C [CentiStokes, cSt] – ASTM D445


Mezcla de Lubricantes diferentes

Contaminación con Solventes

Contaminación con Combustibles

Contaminación con Gases

Posible Causas de Variación:

Contaminación con Agua

Degradación del Lubricante

Menor soporte Carga

Menor Transferencia de Calor

Incremento de Vibraciones

Desgaste acelerado

Posibles Efectos Asociados:

Una viscosidad anormal el valor es un indicador excelente de un problema, aunque la localización de la causa de la raíz puede ser difícil. En ocasiones tomar medidas de viscosidad en dos temperaturas(generalmente en °C 100 el °C y 40) es importante ya que esto permite el cálculo de un índice de la viscosidad (vi), cuál es una indicación con de cómo la viscosidad del aceite varía temperatura. Esta prueba se lleva a cabo generalmente cuando la máquina deberá funcionar sobre una temperatura elevada.

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteVISCOSIDAD CINEMÁTICA @ 40° C [CentiStokes, cSt] – ASTM D445

Alta viscosidad:

~1,200 cSt @ 40° C

Baja viscosidad:

1 cSt @ 40° C

+ Espesor de Película

+ Fricción

+ Soporte Carga

+ Calor

- Enfriamiento

- Velocidad

- Espesor de Película

- Fricción- Soporte Carga

- Calor+ Enfriamiento+ Velocidad

COLOR DEL LUBRICANTE – ASTM D1500

Es importante para evaluar el grado de contaminación ó pureza de los lubricantes. Un aumento repentino indica degradación o contaminación severa, situación anormal. Constituye un indicativo rápido acerca de la condición del lubricante.


El color de un aceite es un indicativo de la mayor o menor pureza del mismo, además sirve como control de calidad en el proceso de fabricación de los mismos, para controlar la uniformidad.

Generación de lacas y barnices

Aumento del AN: oxidación

Herrumbre del sistema

Necesidad de RCA

Mezcla de Lubricantes diferentes

Contaminación: agua, partículas, etc.

Degradación: térmica y/o oxidativa

Antigüedad

Posibles Efectos Asociados: Posibles Causas de Variación:

Presencia de insolubles: barnices

Refinación Pobre: baja pureza Reemplazo oportuno

8.0 6.0 4.0 2.0 0.5

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteCOLOR DEL LUBRICANTE – ASTM D1500

El punto de inflamación es la temperatura mínima necesaria para que un lubricante desprenda vapores que, mezclados con el aire, se inflamen en presencia de una fuente ígnea, para volverse a extinguir rápidamente por sí sola.Es importante para evaluar el grado de contaminación y calidad del lubricante. Constituye un parámetro de seguridad operativa sobre todo en instalaciones de alto riesgo.


PUNTO DE INFLAMACIÓN – ASTM D92 [° C - ° F]

PMCP: Pensky Marten Closed Cup ASTM D93 COC: Cleveland Open Cup ASTM D92 CCC: Continuously Closed Cup ASTM D6450

METODOS:

Riesgo de incendio

Disminución espesor película

Puede bajar la viscosidad

Necesidad de RCA

Dilución del aceite: combustibles, gases, etc.

Mezclas con otros aceites

Degradación

Antigüedad


Posibles Causas de Variación:

Refinación Pobre: volátil

! EL PUNTO DE INFLAMACIÓN NO ES LA TEMPERATURA MÁXIMA DE SERVICIO !

SOLO SE INDICA POR SEGURIDAD


PUNTO DE INFLAMACIÓN – ASTM D92 [° C - ° F]

PUNTO DE FLUIDEZ – ASTM D97 [° C - ° F]

El punto de Fluidez Crítico es la temperatura más baja a la cuál un aceite aún es capaz de fluir cuándo se lo enfría en condiciones determinadas.

Si bien este ensayo no es muy usual sobre todo en los climas de México, es importante en ciertas aplicaciones como lubricantes para compresores de refrigeración y para cuándo se quiera evaluar la calidad de la base de un aceite dado.


NÚMERO NEUTRALIZACIÓN [ml KOH/gr]

TITULACIÓN POR INDICACIÓN DE COLOR ASTM D974

AN: Número Ácido Aceites Industriales

Es la cantidad [ml] de hidróxido de potasio (KOH) requerido para neutralizar todos los componentes ácidos presentes en 1g de aceite.

BN: Número Básico Aceites de Motor

Es la cantidad [ml] de ácido clorhídrico, expresado como equivalente de KOH, requerido para neutralizar todos los componentes básicos de 1g de aceite.

Es importante para evaluar el grado de oxidación ó basicidad de los aceites.

TITULACIÓN POTENCIOMÉTRICA ASTM D664



NÚMERO NEUTRALIZACIÓN [ml KOH/gr]

Oxidación del Aceite

Desgaste químico metales blancos

Corrosión, Herrumbre partes internas

Necesidad de RCA

Degradación Oxidativa

Contaminación: agua, H2S, gases, etc.

Antigüedad: agotamiento de aditivos antioxidantes

Posibles Efectos Asociados: Posibles Causas de Variación:

Refinación Pobre: acidez inicial

Mezclas de lubricantes diferentes

Reposición parcial, vida remanente

Cambio del lubricante

Es importante para evaluar el grado de oxidación ó basicidad de los aceites.

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteCONTENIDO DE AGUA [ppm , %]

TITULACIÓN POR KARL FISCHER (KF) - ASTM D1744 [1 a 1,000 ppm]

El agua es generalmente un contaminante indeseable en aceite y cantidades grandes conducirá a la degradación del lubricante, que acelera la corrosión y la promoción del desgaste. El contenido en agua debe siempre estar comprobado como parte de cualquier programa del análisis del aceite, se recomienda siempre que el análisis se reporte en ppm.

ANÁLISIS INFRAROJO (FT-IR)

Karl Fischer (KFW) es lo más comúnmente posible ASTM especificando de prueba para la humedad y tiene el grande ventaja de la buena exactitud en los niveles bajos de humedad, abajo a 10 PPM (0.001%).Una desventaja es eso que es el personal experto requerido para funcionarlo. FT-IR (descrito anterior) está también a buen método que tiende para el agua y puede divulgar el contenido tan bajo como 1000 PPM (0.1%).

CONTENIDO DE AGUA [ppm , %]

Agua Disuelta

Agua Disuelta, Emulsionada y Libre

Corrosión partes metálicas

Oxidación acelerada del aceite

Corte película lubricante

Reducción de aditivos

Generación de Lodos

Crecimiento de Bacterias

Vibraciones

Erosión

Afectación de la Viscosidad

Posibles Efectos Asociados: Transporte y Almacenaje de tambos, estado de tapas, etc.

Agua de sistema enfriamiento

Agua de condensado

Posibles Causas de Contaminación:

Agua de lluvia, lavados, etc.

Problema de sellos, condensado vapor, etc.

Menor vida relativa de la maquinaria

Menor vida útil del lubricante


Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteCONTEO DE PARTÍCULAS [Nº / ml]

Dada el alto impacto negativo que tiene la contaminación con partículas en el lubricante para la vida de la maquinaria, se recomienda siempre incluir este análisis como rutina.Limpieza típica del aceite, se encuentra bajo los estándares normados y empleados por la Society of Automotive Engineers (SAE), la National Aerospace Standard (NAS), o el International Organization for Standardization (ISO).

METODO MECÁNICO AUTOMÁTICO: MÁQUINA DE CONTEO LÁSER: [4 a 100 µm]

MÉTODO MANUAL ÓPTICO: BLOQUEO DE PORO ARP 598 [0.8 a 100 µm]

Cuenta las gotas de agua como partículas

No se puede identificar el tipo de partículas

No es posible fotografiar las partículas

Rápido y Fácil

Máquina costosa

Poco entrenamiento

Desventajas: Ventajas:

Posibilidad de graficas

Requiere mayor entrenamiento

Sin graficas por computadora

Alto tiempo de preparación y resultado

Menor influencia el agua

Identificación tipo de partículas

Posibilidad de fotografía

Desventajas: Ventajas:

Método Óptico

ISO 4406 Subjetivo

ISO 4406 automático

En base a la cantidad y tamaño de las partículas que se encuentran presentes por mL de lubricante se designa un código de tres números:

•Normatividad ISO 4406: International Standard Organization: el más usual y común hoy día.

Ejemplo de un Código de Limpieza Real:

61.8 Partículas > 6 m / ml



Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteCONTEO DE PARTÍCULAS [Nº / ml]

ISO 15 / 13 / 09

>4µm >6µm >14µm

• NAS 1638: National Aerospace Standard

• SAE 749D: Society of Automotive Engineers

CONTEO DE PARTÍCULAS: Métodos para Expresar los Resultados


Equipo Componentes Presión del Sistema de Lubricación, PSI

Hasta 2000 2000-3000 Mayor a 3000

Bombas

• de Engranes y de Paletas 17/15/13 16/15/12 16/15/12

• Pistones 17/15/13 16/15/12 16/15/12

• Cauda variables de Paletas y de Pistones 17/15/13 17/15/13

Válvulas

• Selenoide de prellenado y Check 20/18/15 19/17/14

• Control de Presión y Flujo 18/14/11 18/14/11

• De cartucho y de Dirección proporcional 17/15/12 14/13/11 14/13/11

• Servo Válvula 15/13/10 15/13/10 13/12/10

• De cartucho CMX, HRX 18/16/13 17/15/12

Actuadores

• Cilindros 18/16/13 18/16/13 18/16/13

• Motores de Paletas y de engranes. 18/16/13 17/16/14 17/15/12

• Motores de pistones radiales 18/16/13 17/16/14 17/15/12

• Motores de Levas ondulantes 18/16/13 17/15/13 16/14/11

Transmisión Hidrostática • Transmisión 17/15/13 16/14/11 16/14/11

Rodamientos• De Bolas 14/13/11

• De rodillos 15/14/12

Cojinetes Lisos• De baja Velocidad 17/15/12

• De alta Velocidad 16/14/11

Reductores de Velocidad • Equipos Móviles y Estacionarios 18/16/13


CONTEO DE PARTÍCULAS





Vibraciones

Erosión, desgaste de cojinetes



Transporte y Almacenaje de tambos, estado de tapas, etc.

Desgaste Anormal

Estado de bocas de inspección de tanques

Posibles Causas de Contaminación:

Estado de sistema de filtración

Respiraderos de tanques



Estado de sellos en flechas

Trabajos en paros ó salidas de operación

Corrosión Interna

Colapsado prematuro de filtros


Existen innumerables causas y acontecimientos por los cuales la contaminación por partículas sólidas puede incrementarse, a continuación se enumeran las causas mas comunes y sus efectos asociados:

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteCONTEO DE PARTÍCULAS

Uno de los efectos mas drásticos que provoca la presencia de las partículas sólidas, es el desgaste acelerado de los internos de cada equipo. Durante la operación misma de cada maquina se generán partículas finas del. Cuando se inicia un desgaste severo del equipo, o un incremento en el tamaño de partícula así como un cambio en el aspecto físico puede ser detectado.

Mientras mas pequeña es la partícula mas dura será y mas daño causará y más díficil !!

ESPECTROSCOPIA – ASTM D5185 – ASTM 6595, [ppm]

EMISIÓN ATÓMICA (AES)

FLUORESCENCIA DE RAYOS X (XRF)

PLASMA INDUCTÍVAMENTE ACOPLADO (ICP)

Fundamental para analizar el contenido de metales en el aceite, básicamente se basa en “quemar” la muestra de lubricante, ya sea por una Chispa, una Flama ó Rayos X; y analizar la “Longitud” de onda que emiten los diferentes tipos de metales y así determinar la cantidad que hay de cada uno.

RANGO: hasta 5 micrones aprox


ESPECTROSCOPIA: dará una idea acerca de la cantidad de metales • DESGASTE:

Hierro (Fe)

Cobre (Cu)

Aluminio (Al)

Cromo (Cr)

Alta relación peso/fortaleza y Gran resistencia a la corrosión

Alta transferencia de calor (dilatación)

Aleado con otros elementos mejora la resistencia al desgaste y temperaturas.

Ampliamente especificado por varios OEM’s hoy en día

Carcasas, espaciadores, cojinetes, bujes, pistones, etc.

Alta dureza: carburos de cromo: aceros de alta aleación

En aleación ofrece aumento de tenacidad y dureza (resistencia al desgaste)

Alta resistencia a la corrosión: metal de baño: cromado

Ejes, válvulas, levas, aceros inoxidables.

Muy utilizado como elemento de aleación: jaulas de rodamientos

Muy dúctil, Excelentes conductividad térmica y eléctrica

Cojinetes axiales de empuje, bujes, algunos engranes, cojinete radiales.

Intercambiadores de Calor, bronce en conexiones hidráulicas

AW: en algunos pocos aceites- 100-200 ppm

Más común de los metales de desgaste

Presente en casi todos los equipos industriales como metal de construcción

Rodamientos, pistas, engranes, árboles, levas, válvulas, carcazas, etc.

Bien conocido: analistas pueden distinguir su origen: hierro colado gris vs. acero Inox

El Evaluador debe tener algún conocimiento de la máquina y la fuente probable del metal en cuestión.


ESPECTROSCOPIA: dará una idea acerca de la cantidad de metales: • DESGASTE: Partículas metálicas que se incorporan al aceite y cuyo origen es la fricción, presión o corrosión de los componentes del

motor o equipo

Plomo (Pb)

Níquel (Ni)

Plata (Ag)

Titanio (Ti)

Metal blando usado como metal de sacrificio en superficies de desgaste:

Cojinetes de deslizamiento: Babbits en motores eléctricos, motores comb.

Pinturas, soldaduras y compuestos de sellos.

Excepcional conductividad térmica

Bajo coeficiente de fricción: usado como baño en cojinetes de deslizamiento

Sensible al ataque de aditivos base Zinc

Muy usado en equipamientos europeos

En aleaciones produce aumento de resistencia

Conserva la ductilidad y tenacidad del acero

Usado con frecuencia en combinación con el Cromo en aceros aleados

Ejes, válvulas, levas, componentes de alta aleación

Elemento de aleación en aceros de alta aleación

Ejes, levas, etc.

Estaño (Sn)

Usado como elemento de aleación con cobre y plomo

Guías de sacrificio en ciertos tipos de cojinetes

Cojinetes de deslizamiento: Babbits


ESPECTROSCOPIA

METALES DE DESGASTE COMUNEMENTE ENCONTRADOS EN TURBOMAQUINAS:


ESPECTROSCOPIA:

METALES DE DESGASTE NO TAN COMUNES:


ESPECTROSCOPIA:

• METALES DE DESGASTE NO TAN COMUNES:


ESPECTROSCOPIA: Metales de DESGASTE - Principales Fuentes


• ADITIVOS: Existen metales en numerosos paquetes de aditivos de lubricantes; la caída de concentración de los mismos dan una idea del deterioro de las propiedades del lubricante

Magnesio (Mg)

Calcio (Ca)

Antimonio (Sb)

Bario (Ba)

No muy común como aditivo de lubricantes comunes en la industria

Anti-desgaste (AW y EP) solo en algunos pocos aceites de engranes

Anti-Oxidante

Elemento de Aleación en algunos Babbits y Cojinetes de deslizamiento.

Detergente/Dispersante, Inhibidores de la Corrosión

Anti-herrumbre

Generalmente en aceites para automotores

Sulfonatos, Fenatos, Fosfonatos, etc.

Aditivo Detergente/Dispersante, Inhibidores de la Corrosión

Anti-corroción: 100-500 ppm


Agua Salada

Sal de camino sin refinar

Detergente/Dispersante, Inhibidores de la Corrosión

Anti-herrumbre – 100 ppm


Aguas duras

Molibdeno (Mo)

Modificadores de Fricción

AW & EP 20 – 5,000 ppm

Ditiocarbonatos, Fosfatos, Ditiofosfatos, etc.

Compuesto de Aros


ESPECTROSCOPIA: le dará una idea acerca de la cantidad de metales:

• ADITIVOS:

Fósforo (P)

Zinc (Zn)

AW & EP compuestos Azufre-Fósforo - ZDDP (con Zinc)

Inhibidor de Corrosión, Anti-Herrumbre

Anti-Oxidante

Dispersante/Detergente

Ditiocarbomatos, Fosfitos, Fosfonatos, TCP, etc.


AW

Inhibidores de Corrosión

Aditivo: ZDDP (Dialquil-ditiofosfato de Zinc) con F´ósforo: 30-3000 ppm

Potasio (K)

AW & EP

Antioxidante, Modificador de Fricción

Dispersante

Boratos: EP Potasio-Boro

Boro (B)

AW & EP – 100-200 ppm

Antioxidante, Modificador de Fricción, Dispersante, Detergente,

Baratos: EP Potas-Boro

Ácido Bórico, Borax, etc.

Silicio (Si) Anti-Espuma: Siliconas – 10-30 ppm


ESPECTROSCOPIA: Metales ADITIVOS -Principales Fuentes


• CONTAMINANTES: Contaminantes externos (polvo, tierra, refrigerante) pueden ser detectados de acuerdo a componentes metálicos presentes en los mismos, indicando una falla en la estanqueidad del sistema lubricante

Potasio (K)

Sodio (Na)

Vanadio (V)

Boro (B)

Silicio (Si)

Refrigerantes: motores de combustión

Combustible Diesel

Agua Boratada: centrales nucleares

Sellos y Elastómeros

Sellos, Selladores y Juntas

Soldadura, materiales de Fricción (asbestos)

Granito, cuarzo, arena, catalizadores de aluminio, residuos de hornos eléctricos, fundición, cal, vidrio, mica, algunos crudos, asfalto, carbón ambiental, etc.

Tierras Fuller’s

Agua de mar

Combustibles marinos

Refrigerantes de motores de combustión

Refrigerantes de motores de combustión

Residuos de papel

Trazas en el granito

Combustibles marinos


ESPECTROSCOPIA: Combinaciones Importantes

En muchos casos, ciertas combinaciones de metales y propiedades físicas son tan importantes como los números absolutos y las tendencias. Algunos de los más comunes son:

Alarm combination Source / Result

Iron, water, FDRL / S Corrosion Iron, water, TAN Corrosion Iron, FDRL Gear wear, cylinder wear Iron, nickel High alloy steel (shaft) Iron, chromium High alloy steel (shaft)

ring,cylinder if engineIron, copper Bearing, bearing cage


Existen muchas combinaciones diferentes, imposible de listar a todas, pero el éxito esta en una buena comunicación Laboratorio-Usuario.

Alarm combination Source / Result

Tin Bearing wear Tin, copper Bearing backing,

Bearing may be wiped

Iron, Aluminum Bearing wear,

Potassium, viscosity Coolant leak Potassium, water, boron, Silicon, viscosity Coolant leak

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteESPECTROSCOPIA: Combinaciones Importantes

BOMBAS DE ENGRANES

COMPRESORES RECIPROCANTES

CAJAS DE ENGRANES: reductores, multiplicadores, variadores, etc.

Es más útil en aceites contaminados con agua y de alto color, en dónde un conteo electrónico de partículas daría datos inflados.

Fundamental para analizar el contenido de partículas ferrosas y algunos no magnéticas en el aceite. Normalmente se elije para equipos dónde se espera generación de desgaste ferroso:

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteESPECTROSCOPIA: Combinaciones Importantes

FERROGRAFÍA DE LECTURA DIRECTA (DRF) – [sin unidad]La Ferrografía reporta partículas ferrosas de dos rangos de tamaño:

PEQUEÑO (DRSS): INCLUYE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS < 5 µm

AMPLIO (DRLS): INCLUYE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS HASTO POR ENCIMA DE 300 µm

PUEDE INCLUIR CUALQUIER PARTÍCUAL NO FERROMAGNÉTICA DE CUALQUIER MEDIDA

Rango: 0.01 a 180


Fundamental para analizar el contenido de partículas ferrosas en el aceite. Normalmente se elije para lubricantes dónde se espera generación de desgaste ferroso:





Vibraciones

Erosión, desgaste de cojinetes



Transporte y Almacenaje de tambos, estado de tapas, etc.

Desgaste Anormal

Estado de bocas de inspección de tanques

Posibles Causas de Desgaste:

Estado de sistema de filtración

Respiraderos de tanques



Estado de sellos en flechas

Trabajos en paros ó salidas de operación

Corrosión Interna


FERROGRAFÍA DE LECTURA DIRECTA (DRF) – [sin unidad]


Ejercicios de Aplicación

Vamos a aplicar lo aprendido hasta el momento en ir modelando qué debería incluir un reporte de análisis de aceite útil para nosotros.


Elegir bien los parámetros a analizar a nuestro lubricante es un gran paso fundamental, sin embargo es necesario “seleccionar” correctamente los Límites Condenatorios de cada uno de ellos. Éstos se establecen en base a:

NORMATIVIDAD ASOCIADA:

ASMT D4378:

ISO:

AGMA:

3.- Estableciendo Límites


RECOMENDACIÓN DE FABRICANTES:

EXPERIENCIA:

Cuando no se tienen referencia previas, Fichas Técnicas, Conocimientos, y sobre todo como buena práctica es Siempre recomendable realizar análisis de BASE al fluido lubricante para establecerlos como Línea

de Referencia.

OEM’S

3.- Estableciendo Límites


PARAMETROS UNIDAD DE MEDIDA ALERTA PELIGRO NORMA

• Viscosidad @ 40° C CentiStokes +/- 5% +/- 10% ASTM D-445

• Índice de Viscosidad Adimensional < 95 - 100 < 90 - 95 ASTM D-2270

• Número Ácido (AN) mgKOH/gr > 0.15 – 0.20 > 0.20 – 0.25 ASTM D-974

• Contenido de agua ppm > 100 > 200 ASTM D-1744

• Punto de Inflamación ° C / ° F < 180 - 200° C < 180 ° C ASTM D-92

• Color Adimensional Oscurecimiento Inusual y Rápido

Oscurecimiento Inusual y Rápido

ASTM D-1500

• Código de Limpieza Adimensional Según Aplicación Según Aplicación ISO 4406

• RPVOT (RBOT) Minutos Menos del 25% del valor Original

Menos del 25% del valor Original ASTM D-2272

Demulsibilidad Minutos > 15 - 20 minutos > 20 - 25 minutos ASTM D-1401

Liberación de Aire Minutos > 3 minutos > 5 minutos ASTM D-3427

Espumación MililitrosTendencia > 50Estabilidad > 0

Tendencia > 100Estabilidad > 10

ASTM D-892

Lubricantes Minerales Tipo Turbina – R&OEstableciendo Límites





• Número Ácido (AN) mgKOH/gr > Base + 0.2 > Base + 0.4 ASTM D-974


• Punto de Inflamación ° C / ° F < 180 - 200° C < 180 ° C ASTM D-92

• Color Adimensional Oscurecimiento Inusual y Rápido

Oscurecimiento Inusual y Rápido

ASTM D-1500








ASTM D-892

Lubricantes Minerales Tipo Hidráulicos (AW)

Estableciendo Límites





• Número Ácido (AN) mgKOH/gr > 1.0 – 1.5 > 1.5 – 2.0 ASTM D-974


• Punto de Inflamación ° C / ° F Según Marca Aceite Según Marca Aceite ASTM D-92








ASTM D-892

Lubricantes Minerales Tipo Engranes (EP)



PARAMETROS UNIDAD DE MEDIDA ALERTA PELIGRO Equipo

• Ferrografía DRF ppm > 15 > 30 Recip Comp

• Ferrografía DRF ppm > 20 > 40 HS Gear Box

• Ferrografía DRF ppm > 75 > 100 LS Gear Box

• Ferrografía DRF ppm > 25 > 30 Comp Tornillo

• Ferrografía DRF ppm > 15 > 30 Bombas

Lubricantes Minerales Tipo Engranes (EP)



Límites por defecto para Metales Espectrográficos:

Hierro Compressors 10 20

Hydraulics 10 20

Gear Boxes 20 40

Motors 10 20

Engines 50 100

Cobre Compressors 10 20

Hydraulics 15 30

Gear Boxes 10 20

Motors 10 20

Engines 15 30

Metal de Desgaste Equipo Alerta Peligro




Plomo Compressors 5 10

Hydraulics 10 20

Gear Boxes 10 20

Motors 10 20

Engines 15 30

Estaño Compressors 5 10

Hydraulics 15 30

Gear Boxes 10 20

Motors 10 20

Engines 15 30

Límites por defecto para Metales Espectrográficos:Estableciendo Límites



Cromo Compressors 5 10

Hydraulics 5 10

Gear Boxes 5 10

Motors 10 20

Engines 15 30

Níquel Compressors 5 10

Hydraulics 5 10

Gear Boxes 5 10

Motors 5 10

Engines 5 10





Aluminio Compressors 10 20

Hydraulics 10 20

Gear Boxes 15 20

Motors 10 20

Engines 15 30

Titanio Compressors 5 10

Hydraulics 5 10

Gear Boxes 5 10

Motors 5 10

Engines 5 10




Metal Contaminante Equipo Alerta Peligro

Silicio Compressors 10 20

Hydraulics 5 10

Gear Boxes 15 30

Motors 15 30

Engines 20 40

Boro Compressors 10 20

Hydraulics 10 20

Gear Boxes 10 20

Motors 10 20

Engines 15 30




Límites por defecto para Metales Espectrográficos:Metal Contaminante Equipo Alerta Peligro

Sodium Compressors 20 40

Hydraulics 10 20

Gear Boxes 25 50

Motors 15 30

Engines 50 75

Potassium Compressors 5 10

Hydraulics 5 10

Gear Boxes 10 20

Motors 10 20

Engines 20 40



Ejercicios Practicas

“ Si escucho conozco, si hago aprendo”


Análisis de Causa Raíz: Conceptos básicos de Root Cause Analysis (RCA)

El Análisis de Aceite es una de las herramientas fundamentales para el Análisis de Causa Raíz de problemas de lubricación detectados y también para el Análisis de Causa Raíz de Fallas: Root Cause Failure Analysis (RCFA) una vez que se produce una avería.

La idea principal del RCA es: Descubrir → Describir → Eliminar

Los problemas de lubricación son generalmente ignorados y no tomados con la seriedad que éstos representan, atribuyendo la fallas de maquinarías provocadas por la lubricación a alguna otra causa.

En algunos afortunados casos la falla de lubricación es detectada a tiempo para evitar un daño mayor al sistema principal, en otros el sistema general falla debido a que el lubricante ó el sistema de lubricación no se desempeño efectivamente.


Objetivo del RCA: Encontrar y Eliminar el Causa.

Lo importante y crucial es descubrir y atacar: ¡¡“La Causa” no “El Síntoma”!!


Recolección de Datos

Evaluación de los Datos

Acciones Correctivas

Informar

Seguimiento

Los sistemas de lubricación ofrecen una tremenda cantidad de información al respecto, la cual, generalmente, es ignorada ó desconocida, algunos puntos pueden incluir:Lubricantes:

Constituye una “foto instantánea” del sistema al momento que se toma la muestra, y es fuente de vital información:

Contaminantes o Productos de Degradación: Agua, Combustibles, Gases, Barnices, ácidos, etc.

Partículas de Desgaste: mecanismos de desgastes, posible origen de partículas involucradas: forma, color, tamaño, superficie y varios detalles sobre la posible Causa Raíz.

Propiedades Químicas del Aceite: Viscosidad, AN, etc, que puede haber influido en la falla.




Esta fase contempla el “análisis” de los datos recolectados para detectar factores causales. El objetivo principal de esta etapa es “Identificar” cuál fue el problema y su grado de “Importancia”, para entonces pasar a aplicar progresivamente alguna metodología a través de los posibles “Sospechosos” hasta dar con el que originó la falla.

¿Alguna Otra Causa?

Identificar el Problema

Identificar Causa

¿Significativo?N

S

Fin

¿Se Alcanzó la Mejor Solución?

N

S

NS



Una vez identificado el problema y analizado que es relevante, hay a que aplicar alguna metodología de análisis Causa→Efecto, algunas de las más populares son:

Análisis del Árbol de Falla (FTA): resulta en un árbol que comienza con un evento inicial (falla) y progresa lógicamente hacia abajo hasta que el límite de resolución es alcanzado revelando la Causa Raíz.

Análisis Causa & Efecto: también conocido como análisis espina de pescado, dado que todos las posibles causas de falla (espinas) se van sumando un eje central (columna) que finalmente conduce a la Causa Raíz (cabeza

Análisis de Secuencia de Eventos Análisis de Eventos y Factores Causales

Análisis de Cambios

Análisis de Barreras Análisis del Árbol de Riesgos


Una vez detectada la causa raíz del problema se deben tomar las Acciones Correctivas adecuadas de modo de asegurar que la falla no vuelva a ocurrir. Esto puede requerir entrenamiento, nuevas inversiones, etc. Antes de implementar la acción hay que evaluar las consecuencias de implementarla vs las no implementarla, beneficios, costos basados en riesgos, etc.

Acciones Correctivas

Informar

Seguimiento

La toma de una acción correctiva debe de informarse a todas las partes directa y indirectamente involucradas: operarios, mantenedores, supervisores, proveedores, etc. Esto con el objeto de minimizar riesgos y errores y además como dato de mejora continua si es el caso.

Es necesario un correcto y minucioso seguimiento para comprobar que las acciones correctivas realizadas fueron correctamente implementadas, hacer las correcciones necesarias a los demás sistemas involucrados.


ANALISIS ESPECIALES: Degradación de los Aceites de Turbina

OXIDACIÓN:

El lubricante se degrada debido a la energía mecánica y térmica (calor y rayos UV). Cuándo un aceite de turbina se degrada, la integridad de los hidrocarburos bases se ve comprometida y los aditivos de sacrificio se agotan, causando cambios moleculares irreversible.

Es un proceso químico dónde el oxígeno convierte a las moléculas de hidrocarburo en diferentes productos, tales como: Radicales Libres → Peróxidos → Ácidos Carboxílicos

Los dos principales métodos de degradación en lubricantes de turbinas son:

La tasa de oxidación se duplica por cada 10° C de aumento de temperatura a partir de los 90-100° C, la presencia de catalizadores como: aire, agua y ciertos metales aceleran este proceso notablemente.

•Radical Libre: se genera por el calor, Rayos UV y el trabajo mecánico (stress).

•Peróxido: se forma al reaccionar el radical libre con el Oxígeno

•Ácidos Carboxílicos: los peróxidos reaccionan generando más radicales libre, alcoholes, quetones y ácidos.


PAQUETE de ENSAYOS ESPECIALES A Continuación repasaremos los ensayos más relevantes usualmente elegidos para profundizar el estudio de Análisis de Causa Raíz (RCA) en Turbomaquinarias:

OXIDATION STABILITY TEST: Rotating Pump Vessel Oxidation Test , RPVOT, [min] ASTM D2272

Mide el agotamiento de Aditivos Antioxidantes

FOAM TENDENCY: Tendencia a formar Espuma, [ml] ASTM D-892

Mide el agotamiento de Aditivos Antiespumantes

DEMULSIBILITY: Capacidad de Liberación de Agua [minutos para 40-40-0] ASTM D-1401

Mide el agotamiento de Aditivos Demulsificantes

AIRE RELEASE: Liberación de Aire Entrampado, [min] ASTM D-3427

Mide la Calidad del Lubricante Base

FERROGRAFÍA ANALÍTICA: Análisis Microscópico de partículas de desgaste y otras [µm]

Tendencia a Formar Barnices: Ensayo QSA [%] Se asocia usualmente con: RPVOT, Color, Viscosidad y AN.


DEGRADACIÓN TÉRMICA:

Este proceso ocurre sin necesidad de oxígeno y a temperaturas arriba de 290-300° C. Los enlaces de los hidrocarburos se rompen (Craqueo) creando subproductos carbonoso insolubles generalmente submicronicos. La principales causas de la degradación térmica son:

Micro-Dieseling: es una compresión adiabática (sin intercambio de calor) de las burbujas de aire entrampado, cuando éstas de zonas de baja presión (reservorio) a zonas de alta presión y temperatura (bombas y cojinetes). Las burbujas puede colapsar (estallar) creando temperaturas por encima de los 900-1000° C.

Puntos Calientes: puntos muy calientes del sistema también causarán degradación térmica: • Contactos metal-metal por:

• Desgaste adhesivo y abrasivo (contaminación)• Película poco resistente o muy delgada• Vibraciones, etc.

Chispas por Descarga Electrostática (ESD): como resultado de la acumulación de cargas debido a la fricción interna molecular que se genera cuándo el aceite pasa por huelgos muy apretados a alta velocidad. ESD también se genera en sistemas de flujo completo cuándo atraviesan filtros mecánicos de una micra. ESD puede producir temperaturas por encima de los 10,000° C.

Hasta la fecha NO existe ningún ensayo normado para poder medir éste tipo de degradación. Se asocia con la modificación de varios parámetros químicos del lubricante, pero el principal efecto es la generación de Barnices y el oscurecimiento repentino del lubricante.

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteANALISIS ESPECIALES: Degradación de los Aceites de Turbina

A continuación se muestra el amplio rango de efectos en la Degradación de Lubricantes en un sistema de turbinas y las más útiles herramientas analíticas para su detección.

Impacto sobre el Lubricante Herramientas Analíticas

Espuma / Aire Entrampado

Liberación de Aire Reducida

Reducción de Nivel

Aumento de la Viscosidad

Contaminantes Livianos

Formación de Ácidos

Extinción de Aditivos

Formación de Lodos & Barnices

Desgaste - Corrosión

Foam Tendency: ASTM D892

Air Release: ASTM D3427

Visual: niveles, humos, etc.

Viscosidad Cinemática ASTM D445

Potencial de Formación de Barnices QSA - VPR

Número Ácido (AN): ASMT D974

RPVOT: ASTM D2272

Visual, QSA-VPR

Visual, Espectrografía de Metales



Generación de Aire Entrampado


Posibles Causas de Degradación:

Elevadas Temperaturas

Presencia de agua

Chispas por Arcos Eléctricos

Contaminación: grasas, detergentes, etc.

Contactos con puntos calientes: metal-metal

Contaminación con combustibles

Contaminación con gases de proceso

Baja Calidad del lubricante: mala selección

Extensión de su vida útil: recambio fuera de tiempo

Poca Resistencia a la degradación

Paquete de aditivos incorrecto o de baja calidad

Generación de Barnices

Herrumbre y Corrosión

Corrosión química

Película Lubricante inadecuada

Posibilidad de contactos metal-metal

Menor evacuación del calor (mayor viscosidad)

Mayores costos asociados: Mtto y Producción

Mayor consumo de energía

Desgaste acelerado: menor vida útil

Posibles Soluciones: Selección correcta del lubricante

Monitoreo constante y efectivo

Aditivos antioxidantes correctos

Buenas prácticas de Mantenimiento

Contaminación controlada



Captador de Radicales Libres:

Los lubricantes de turbinas sintéticos Grupo IV (PAO) y los Hidrofraccionados Grupo II+ y III (VHVI) tiene por naturaleza baja estabilidad frente a la oxidación. Esto se debe a que carecen de Inhibidores naturales de Oxidación; motivo por lo cual es necesario agregar aditivos en las formulaciones de productos terminados.

Actúan neutralizando los radicales libres mediante el donando de un átomo de Hidrógeno. Normalmente son aditivos tipo Fenoles y Aminas.

Existen dos tipo de aditivos antioxidantes:

Captador de Peróxidos:

Actúan descomponiendo los peróxidos en componentes más estables lo que previene la formación de radicales libres

Este tipo de aditivos se “suicidan” para retardar así la oxidación prematura extendiendo la vida útil del lubricante.



• Se mezclan en la máquina de ensayo ASTM:• Aceite @ 95° C• Agua Destilada• Catalizadores: Cu, Fe• Oxígeno

• Se comienza a medir la cantidad de HORASHasta alcanzar un AN= 2.0 mg KOH/gr ó hasta que se alcance 10,000 Horas.

• Objetivo: proporciona una idea de la Vida Útil que tendrá el lubricante.

• Restricción: no es reproducible como ensayo de rutina ó especial por laboratorios privados, solamente lo realizan los Fabricantes Serios de lubricantes al momento de formular un producto para su futura venta.

El principal ensayo para evaluar la Resistencia a la Oxidación inicial de aceites lubricantes nuevos de tipo Hidráulicos, R&O y Turbinas. Se realiza “simulando” situaciones de oxidación extremas, aún peores que las comúnmente encontradas en las aplicaciones de campo.

ANALISIS ESPECIALES: TOST: Turbine Oil Stability Test [Hr] – ASTM D943


HC – Group II, II+ Oils

SR- Group I Oils

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 2 4 6 8 10

Tiempo en Kilo Horas

To

tal A

cid

No

.A

N:

Nú

mero

Áci

do

ANALISIS ESPECIALES: TOST: Turbine Oil Stability Test [Hr] – ASTM D943


RPVOT Rotating Pump Vessel Oxidation Test, [min] - ASTM D2272

• Se mezclan en la máquina de ensayo ASTM:• Aceite @ 150° C• Agua Destilada• Catalizadores: Cu, Fe• Oxígeno @ 90 PSI

• Se comienza a medir la cantidad de MINUTOSHasta alcanzar caída de Presión de 25 PSI, es decir cuándo el aceite “absorbió” suficiente oxígeneo para oxidarse.

• Objetivo: proporciona una idea de la Vida Remanente del lubricante y del Agotamiento de aditivos Antioxidantes.

El principal ensayo para evaluar la Resistencia a la Oxidación Remanente de aceites lubricantes nuevos y en servicio de tipo Hidráulicos, R&O y Turbinas. Se realiza “simulando” situaciones de oxidación extremas aceleradas, aún peores que las comúnmente encontradas en las aplicaciones de campo.

• Ventaja: el ensayo es realizable por cualquier laboratorio externo en cualquier momento que se decida.


Comportamiento del RBOT= RPVOT con el tiempo, y su contraste con la depleción de los aditivos Anti-Oxidantes

Group I Oils Group II Oils Group II+ Oils

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteRPVOT Rotating Pump Vessel Oxidation Test, [min] - ASTM D2272

• Atención: un alto valor inicial NO es garantía de que éste se conserve alto durante la vida útil del lubricante. Hay que evaluar cada caso ya que esto depende de la calidad de refinación y de tipo de aditivos utilizados.

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteRPVOT Rotating Pump Vessel Oxidation Test, [min] - ASTM D2272

ANÁLISIS ESPECIALES

TOST: Turbine Oil Stability Test, [Hr] – ASTM D943RPVOT Rotating Pump Vessel Oxidation Test, [min] - ASTM

D2272

Mala selección del paquete de Aditivos


Alta propensión a la formación de Barnices

Menor Vida Útil del lubricante

Necesidad de Monitoreo más frecuente

Posibles Causas de valores de TOST y RPVOT Bajos:

Necesidad de recambio más frecuente

Pérdidas de producción más frecuentes

Menor confianza general al sistema

Aumento de costos de mantenimiento y producción

Proceso de refinación anticuado: RS

Tecnología de fabricación mejorable

Lubricante de bajo muy costo

Uso de aditivos de baja calidad

Menor protección frente al desgaste corrosivo

Menor expectativa de vida útil de la maquinaria

Posibles Causas de Disminuciones rápidas de RPVOT:: Alta contaminación con agua Temperaturas de trabajo por encima del rango de uso

Contaminación con otro tipo de lubricante

Contaminación con H2S u otro ácido /gas fuerte

Alta contaminación con partículas metálicas

Agotamiento de aditivos Anti-Oxidantes

Necesidad de reposiciones parciales (refreshing)


Efectos del tipo de Aceite Base: el origen del crudo y el proceso de refinación determinan el comportamiento del lubricante frente a la formación de espuma y la capacidad de liberar aire; Esta propiedad está ligada a la tensión superficial:

• Sintéticos PAO & Hidrofraccionados: dada su mayor tensión superficial poseen menor tendencia a la formación de espuma comparados con los lubricantes refinados por solventes.

• Esteres de Fosfato: tienen tendencia a formar espumas a bajas temperaturas, aunque por encima de los 50° C tiene muy poca tendencia a espumar. Se ven fuertemente influenciados por contaminación con agua.

• Sintéticos Poliglicoles PAG: es difícil de clasificarlos dada su tendencia a absorber agua, la que puede influir en la formación de espuma.

Aditivos Antiespumantes:

• Siliconas: muy utilizada en lubricantes automotrices ó sometidos a alta agitación. La silicona envuelve a las burbujas de aire reduciendo las fuerzas de corte, dada su baja tensión superficial, permitiendo que estas se rompan. Por otro lado, dada su alta densidad, puede crear una barrera que impida la liberación de burbujas de aire en sistemas muy estancos; ya que no hay turbulencia que ayude a que las burbujas choquen entre sí y se rompan; generando problemas de aire entrampado. Incluso 1 ppm de silicona puede causar este problemas en sistemas estancos, ésta se puede ver:

• Selladores siliconados• Juntas• Recubrimientos de cables eléctricos y mangueras

•Copolímeros Acrilatos: más comunes en aceites industriales, tienen menos tendencia a causar aire entrampado, son difíciles de monitorear por Espectroscopia, en cuyo caso se recomienda el ensayo ASTM D892.

ANALISIS ESPECIALES: Problemas de Aireación y Espuma


Air Release, [min] – ASTM D3427Este ensayo es aún más impactante que el ensayo de espumación, ya que indica la capacidad del lubricante para liberar el aire entrampado en el seno del lubricante.

El ensayo consiste básicamente en inyectar aire a una cantidad dada de lubricante @ 50° C para luego medir el tiempo que demora en liberarse hasta la superficie.

Tecnología del proceso de Refinación


Cavitación de bombas

Promover la Oxidación del aceitePosibles Causas de Altos Valores:

Calidad del Básico Vibraciones Capa de lubricante no homogénea Mayor Viscosidad -> mayor tiempo

Piting de Cojinetes

Promover Corrosión & Herrumbre

• Nota: esta propiedad no puede ser mejorada mediante el agregado de aditivos. Solo depende de la calidad del lubricante y del básico utilizado para su elaboración.


Foam Tendency, [ml/ml] – ASTM D892

• Se reportan normalmente 3 Secuencias:

•Secuencia I: Tendencia/Estabilidad resultante de inyectar aire por 5 minutos a 190 ml de aceite @ 50° C.

Con este ensayo se evalúa la tendencia a la formación de espuma de los lubricantes Industriales y Automotrices. Es de particular importancia para los lubricantes de turbinas y de engranes, ya que la formación excesiva de espuma sobre el lubricante puede inducir problemas operativos diversos.

El ensayo consiste básicamente en inyectar aire a una cantidad dada de lubricante para luego medir el volumen de espuma formado en la superficie del mismo, inmediatamente después de quitar el flujo de aire (Tendencia) y a los 10 minutos (Estabilidad).

•Secuencia II: Tendencia/Estabilidad resultante de inyectar aire por 5 minutos a 180 ml de aceite @ 93° C.

•Secuencia III: Tendencia/Estabilidad resultante de inyectar aire por 5 minutos a 180 ml de aceite @ 24° C.

Group I Oils Group II Oils Group II+ Oils


Es de hacer notar que cierta espumación del lubricante es normal y beneficiosa, ya que es un indicativo que hay buena liberación del aire entrampado en el lubricante.

Agotamiento de Aditivo Antiespumantes Posibles Efectos Asociados:

Riesgos de Seguridad

Indicaciones erróneas de nivel

Posibles Causas Aumento:

Contaminación con grasas: calcio y Litio Otros Lubricantes Imposibilidad de revisar aspecto del lubricante

Group V: ester de fosfato Sistema EHC Contaminado Group I Oils: Turbina Gas

Lubricante Envejecido

Group II+ Oils: TurbocompresorEspuma Normal

Productos de Limpieza: jabones y Surfatantes

Aguas tratadas con químicos Es una claro indicativo de un problema mayor

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteFoam Tendency, [ml/ml] – ASTM D892

•Identificar Causa Raíz: el problema puede ser generado por el lubricante ó por el sistema:

Lubricante: una muestra bien agitada, si no espumea ó si el espuma desaparece rápidamente, esto descarta en gran medida al lubricante.

Sistema: posibles puntos a investigar para juntar información

Modificaciones recientes

Arranque en frío: precalentar lubricante, entrar en régimen paulatinamente.

Hay sistemas que por naturaleza generan espumación del lubricante: motores verticales, cojinetes de empujes en turbinas

Revisar pérdidas de lubricante en succiones de bombas de alta presión y válvulas

Revisar el diseño del reservorio: retorno del lubricante y succión

Curvas pronunciadas en tuberías

Dramático aumento del diámetro en las tuberías Excesivo nivel de reservorio: partes móviles pueden pegar contra el lubricante

Bajo nivel de reservorio: no da el tiempo suficiente para que disminuya el nivel de espuma

ANALISIS ESPECIALES: Problemas de Aireación y Espuma


Demulsibilidad, [minutos] – ASTM D1401Con este ensayo se evalúa la capacidad del lubricante para separarse del agua libre, disuelta ó emulsionada.El ensayo consiste básicamente medir los minutos que tardan en separarse 40ml de aceite y 40 ml de agua destilada, @ 54° C, cuándo se agitan a 1,500 r.p.m. por 5 minutos.

ml Aceite /ml Agua /ml emulsión (minutos)

42 / 38 / 0 (10)

Existen tres formas de reportar los resultados:

Minutos hasta obtener una emulsión de 3ml (separación parcial)

Minutos hasta obtener una emulsión de 0ml(separación completa)

Nomenclatura completa:

• Nota: Si transcurrida una hora no se logra al menos una emulsión de 3ml, se termina el ensayo y se reportan los valores obtenidos.


Con este ensayo se evalúa la capacidad del lubricante para separarse del agua libre, disuelta ó emulsionada.

• Nota: Al igual que otras propiedades de los lubricantes, NO se recomienda el agregado de aditivos para recuperar valores. Preferir elegir lubricantes de buen desempeño, o en casos de emergencia, optar por reposiciones parciales (refreshing).

Tecnología del proceso de Refinación


Promover la Oxidación del aceite

Posibles Causas de Altos Valores:

Calidad del Básico Vibraciones

Capa de lubricante no homogénea

Piting de Cojinetes

Promover Corrosión & Herrumbre

Agotamiento de Aditivos

Degradación del lubricante

Generación de lodos

Más riesgo de eliminar aditivos

Demulsibilidad, [minutos] – ASTM D1401


Potencialidad de Formación de Barnices - QSA

Cojinete Radial en Turbina de Gas Variador de Velocidad – Turbogenerador


Uno de los resultados de la degradación de los aceites de turbinas es la generación de subproductos insolubles llamados contaminantes suaves. De tamaño típicamente por debajo de la micra, por lo que no es posible removerlos con sistemas de filtración mecánica convencional. Existen dos categorías:

• Solubles en el Aceite: son de naturaleza no-polar y quedan en suspensión en el lubricante oscureciendo su color.

• Insolubles en el Aceite: son de naturaleza polar e inestables en el aceite (no polar). Se combinan y se absorben sobre superficies di-polares metálicas formando barnices. Se aglomeran en cuerpos de válvulas y guías:

• Superficies de Cojinetes y Rodamientos, Engranes, Tuberías y Filtros.



QSA: Quantitative Spectrophotometric Analysis: el análisis se basa en un Procedimiento Colorimétrico dada las características de color únicas que presentan los lubricantes con altos niveles de barnices. Los colores de barnices pueden variar desde amarillo hasta rojo dependiendo de su tinte e intensidad, y se puede establecer un patrón de criticidad:

Además: se cuantifica la cantidad de insolubles retenidos [mg/l] al filtrar el lubricante por una membrana ultra fina.

Dado que los insolubles varían tanto en color como en consistencia: desde una dura resina marrón hasta un alquitrán negro pasando por una gelatina de petróleo opaca; para terminar de establecer el VPR: Varnish Potential Rating (Potencial de Formación de Barniz) se analiza la membrana con un Espectrofotómetro que emite un espectro visible de luz en función de la intensidad de luz de los colores.



Análisis KVI “Key Varnish Indicator”


Este análisis nos provee los siguientes datos:

• Estatus de la Situación actual del Barniz o el Lodo• Reporte de Causas• Recomendaciones Correctivas

Determina el nivel de promotores de Barniz

Determina el nivel de Subproductos de degradación

Determina el nivel de Indicadores de formación de Barnices

Determina las causas y fuentes del Barniz

Degradación térmica del lubricante

Posibles Efectos sobre el lubricante:

Posible aumento del AN

Aumento repentino del ColorPosibles Causas:

Degradación Oxidativa

Posible aumento de la viscosidad

Generación de insolubles sub-micrónicos

Lubricante no soporta las condiciones operativas

Temperatura de operación excede rango del aceite

Aditivos Incorrectos Bajos Valores de RPVOT y TOST

Estrés del lubricante

Posibles Efectos sobre la maquinaria:

Barniz: aislante: menor disipación del calor

Barniz + Partículas= Lija = Abrasión

Menor espesor de películas lubricante Atascamiento de servo válvulas


Potencialidad de Formación de Barnices


Zona Sombreada = Aceptabiidad

QSA

• Siempre que se quiera conocer realmente el estado del lubricante, en referencia a su resistencia a la oxidación y su peligrosidad de generar barnices, se recomienda realizar ambos ensayos: RPVOT y QSA.



Análisis Infrarrojo - Unidades de Absorbancia [cm-1]FTIR: Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier. El ensayo consiste básicamente en hacer pasar luz infrarroja a través de una muestra de aceite y por otro lado un detector fotosensible mide la cantidad de luz que esta pasando. Ciertas sustancias como los aditivos y contaminantes, absorben energía infrarroja a diferentes Longitudes de Onda (su frecuencia de resonancia). Esto es detectado por el Espectrofotómetro y mediante un algoritmo de Fourie transforma la energía lumínica en un Espectro Electromagnético donde se muestran las “Unidades de Absorbancia” a diferentes longitudes.


Contaminantes Comunes: Agua, Hollín, Combustibles, Glicoles, Solventes.

Degradación: Oxidación, Sulfatación, Nitración.

Aditivos: anti-desgastes, inhibidores de oxidación, etc.

Los elementos que se pueden detectar son:

Parámetro Longitud de Onda [cm-1]

Oxidación

Aceite Mineral: 1,750

Ester Orgánico: 3,540

Ester Fosfatado: 815

Sulfatación 1,150

Nitración 1,630

Hollín 2,000

AguaAceite Mineral: 3,400

Ester Orgánico: 3,625

Glicoles 880; 3,400; 1,040 y 1,080

Combustible

Diesel: 800

Gasolina: 750

Gasolina JET: 750

Inhibidores fenólicos (Humedad, Glicol) 3,650

Aditivos antioxidante, antidesgaste ZDDP 980

Interpretación de un Reporte De Análisis De AceiteAnálisis Infrarrojo - Unidades de Absorbancia [cm-1]

Agua (3,400)

Hollín (2,000)

Oxidación (1,750)

Nitración (1,630)

Sulfatación (1,150)

Glycol (1,040)

AW (980)


Agua (3,400)

Nitración (1,630)


Sulfatación (1,150)

Glycol (1,040)


EconómicoDesventajas:

Necesidad de contar con línea base Traslape de picos de absorción

Ventajas:

Rápido de preparar

Precisión limitada al momento de traspasar a unidades de concentración: ppm ó %

Amplio Rango de utilización: 4,000 a 600 cm-1

Aplicar en varias estudios científicos Detección simultánea de varios parámetros

Detección de Parámetros Físicos y Químicos

Ideal para marcar tendencias y comparaciones

En algunos casos ciertas sustancias como el glicol, agua y aditivos antioxidantes, tiene regiones de obsorción entre los 3,600 a 3,400 cm-1, lo que puede dificultar su distinción. Para estos casos se recurre a estudiar otras zonas del espectro dónde además aparezca el producto deseado individualizar. Por ejemplo el glicol además absorve luz a los 880, 1040 y 1080 cm -1.

Influencia de otros componentes del mismo grupo: aditivos diversos, contaminantes, etc.

Resultados Gráficos atractivos Con curvas de calibración se pueden obtener las

concentraciones: %, ppm

Hollín se reporta como unidad de transmisión más que absorbancia.

Detección de mezclas de lubricantes diferentes


Constituye una herramienta fundamental en el Análisis de Causa Raíz (RCA) y en el Análisis de Falla de Causa Raíz (RCFA). Permite analizar partículas metálicas de desgaste mediante un microscopio óptico bicromático de 100x, 500x, 1000x obteniéndose pistas sobre la severidad y la causa raíz de un problema de desgaste y/o contaminación:

MECANÍSMOS DE DESGASTE:

ABRASIVO: ralladuras

ADESHIVO: desprendimientos

CORROSIVO: ataque químico

MORFOLOGÍA: forma de la partícula: da idea del posible origen y mecanismo de desgaste

TAMAÑO: indica la severidad del desgaste

APARIENCIA SUPERFICIAL: es indicativo del mecanismo de desgaste

ANGULARIDAD & DETALLES DE LOS BORDES_: se relaciona con el mecanismo de desgaste

Ferrografía Analítica – [µm]


Si bien su nombre indica análisis de partículas ferrosas, ya que normalmente se analiza las rebabas depositadas en una membrana de ferrografía; también es posible analizar partículas organizas y no ferrosas, es decir tener una idea de la fuente de las partículas:

ORIGEN DE LAS PARTÍCULAS:

COLOR: da idea del posible origen y tipo de elemento.

REFLECTIVIDAD: comportamiento con la luz:

Metales: reflectan la luz Óxidos y materiales Orgánicos: transmiten la luz

METALÚRGICA: mediante tratamiento con calor (330 ° C) y/o químicos según la reacción:

Metales ferrosos: pueden cambiar a color azul: acero al carbono. Polímeros: suelen fundirse ó carbonizarse, otros no cambian.

METALES FERROSOS: fundición de Fe, “aceros” de alta y baja aleación: aceros de herramientas, inoxidables, Óxidos de hierro, etc.

METALES NO FERROSOS: cobre, plata, aluminio, estaño, bronce, etc.

SUSTANCIAS ORGÁNICAS: bacterias, arena, tierra, celulosa, etc.

POLÍMEROS: barnices, lacas, fibras, restos de bujes, juntas, selladores, etc.



El ferrograma ha analizar se realiza en un creador de Slides.

El Slide se lava con etanol a través de un filtro de 0.45 micras.

Esto remueve los residuos del aceite y muy poco de las residuos no magnéticos.

El analista puede detectar partículas metálicas y no metálicas según la alineación.



Inicio Continuar Muestreo Normal

DFSL & DFSS

Alguna Anormalidad?

No

Si

Aplicar RCA

Es Significativo?

Si

No

Realizar Ferrografía Analítica

Se Identifico la Causa?

No Si

Aplico Acción Correctiva



Acompañan al reporte microfotografías, textos explicativos, recomendaciones y conclusiones de lo encontrado en el análisis. Son realizados por Analistas expertos en el tema y con años de experiencia:

1) Desgaste Normal por Fricción:

Forma: partículas laminares planas y suaves, entre 10 a 15 µm de diámetro

Posible Causa: funcionamiento normal

Posible Origen: dientes de engranes, muñones de ejes, rodamientos, etc.

Ejemplo partículas metálicas ferrosas (500x)

2) Desgaste Severo por Deslizamiento:

Forma: Partículas planas alargadas > 20 µm con estriaciones

Posible Causa: Carga/Velocidad excesiva en la superficie de deslizamiento.

Posible Origen: jaula de rodamientos, bujes, gorrones de apoyo, engranes, etc.

3) Desgaste Abrasivo ó de Corte:

Forma: tiras de metal largas y curvadas.

Posible Causa: Desalineación ó contaminación abrasiva del lubricante, material duro penetra en material más blando, lubricación límite.

Posible Origen: Contaminación ingerida del medio exterior (suciedad, arena) , trabajos de sand-blasting, etc.

(100x)

(500x)

(500x)



4) Desgaste de Diente de Engrane: (foto con calentamiento)

Forma: Partículas planas estriadas

Posible Causa: Fatiga, Deslizamiento ó ralladura de los dientes, picado de los dientes.

Posible Origen: mala selección del acero y/o tratamiento superficial, mal montaje, mal cálculo del engrane, lubricación deficiente, mala selección del lubricante, película fina y/o de bajo soporte de carga, protección EP inadecuada, contaminación severa, etc.

5) Desgaste de Rodamiento: (tratamiento térmico)

Forma: Partículas laminares

Posible Causa: Falla por contacto de los elementos rodantes.

Posible Origen: mala selección del rodamiento y del lubricante, mal montaje, contaminación. etc.

6) Desgaste Corrosivo:

Forma: Pesada concentración de finas partículas a la salida del ferrograma

Posible Causa: Depleción de aditivos del lubricante,

Posible Origen: alto valor de AN del lubricante, aditivos EP demasiado agresivos.

(100x)(500x)

(500x)

(100x)



7) Óxidos Negros:

Forma: partículas ferrosas negras alineadas con el campo magnético

Posible Causa: falla de la película lubricante

Posible Origen: calor extremo en la zona de contacto metal-metal desprende la capa de óxido (sulfato de hierro ó fosfato de hierro) de la superficie carbonizándolo.

8) Óxidos Rojos:

Forma: Partículas ferrosas rojas ó anaranjadas alineadas con el campo magnético

Posible Causa: agua en el aceite ó alta humedad interna

Posible Origen: corrosión de las partes metálicas ferrosas

9) Óxidos Rojos Beta:

Forma: Reflectan la luz y aparecen como partículas grises de desgaste por deslizamiento ó de engranes. Transmiten la luz blanca y aparecen como partículas rojas translúcidas.

Posible Causa: condiciones de lubricación pobre.

Posible Origen: combinación de los casos anteriores

(500x)

(1000x)

(500x)

(500x)

(100x)



10) Partículas de Aluminio:

Forma: Partículas de metal blanco desalineadas con el campo magnético

Posible Causa: desgaste de componentes de aluminio

Posible Origen: rodamientos, bujes, bombas, suciedad externa, etc.

12) Polvo/Suciedad:

Forma: Partículas extrañas no características de la máquina o del aceite.

Posible Causa: Contaminación externa, normalmente arena, polvo, suciedad ambiental.

Posible Origen: Respiradores, sellos, tapas de inspección, reparaciones, etc.

11) Esferas:

Forma: pequeñas esferas de menos de 5 µm de diámetro

Posible Causa: Advertencia temprana de falla en elementos rodantes de cojinetes.

Posible Origen: mala selección del rodamiento y/o lubricante, contaminación.

(500x)

(1000x)

(100x)



13) Fibras:

Forma: fibras no alineadas que dejan pasar la luz (transmiten)

Posible Causa: falla de papel de filtros

Posible Origen: filtros de celulosa, contaminación externa

14) Polímeros de Fricción:

Forma: Materiales amorfos que transmiten la luz

Posible Causa: excesiva carga ó exigencia sobre el lubricante

Posible Origen: generado por el lubricante: mala selección y/o calidad del lubricante.

15) Desgaste de Asentamiento:

Forma: Partícula en forma de barras largas y finas

Posible Causa: normal en máquinas nuevas que entran en funcionamiento

Posible Origen: dientes de engranes, levas, cojinetes de deslizamiento, bombas, etc.

(100x)

(500x) Red filtered

(1000x)



16) Partículas de fundición ó de Acero de baja aleación:

Forma: Partículas se tornan azul temple y púrpura cuándo se calientan a 330° C lo que indica hierro fundido y acero de baja aleación respectivamente

Posible Causa: desgaste anormal en dientes de engranes

17) Babbit Plomo/Estaño:

Forma: Partícula no ferrosas antes y después del tratamiento térmico

Posible Causa: desgaste anormal de cojinetes de deslizamientos de Babbit.

18) Bisulfuro de Molibdeno:

Forma: Partículas no ferrosas de color gris con muchas esquilas de cortes.

Posible Causa: lubricante con aditivos sólidos en el sistema

(400x)

(500x)

(400x)



Tipo de Partícula Antes del Tratamiento Térmico @ 330° C / 90 Seg

Después del Tratamiento Térmico @ 330° C / 90 Seg

Aleación de Cobre Amarillo Amarillo

Aleación de Aluminio Blanco Blanco (Brillante)

Acero Baja Aleación & Fundición de Hierro Gris

Blanco/paja Azul

Aceros de media aleación Blanco/paja Paja a Bronce

Aceros de alta aleación Blanco Blanco

Aceros Inoxidables Blanco Blanco

Babbit Plomo-Estaño Blanco Azul manchado/ púrpura

Babbit Cobre-Plomo Amarillo Amarillo con Azul /púrpura moteado

EL tratamiento con calor ha 330° C y hasta 540° C es de gran ayuda en la determinación del tipo de metalurgia de las partículas; es decir el tipo de metal del que provienen.



Tipo de Partícula Temperatura Efecto Después de Calentar

Materiales Orgánicos 260° C Contracción, Carbonizar, Arrugado

Superficie de Babbits 330° C Oxidación, Apariencia Punteada. Esquinas pueden fundirse levemente

Aluminio & Cromo 330° C Permanecen Blancos

Cobre/Bronce/Latón 330° C Color bronce oscuro con picos azules, rojos y púrpura dependiendo de la aleación

Acero al Carbono 400° C Gris Claro – Paja claro


400° C Bronce Profundo

Acero Inoxidable y Altas Aleaciones

400° C Sin cambio o suave amarillamiento

Aluminio & Cromo 400° C Sin Cambio

Materiales Orgánicos 400° C Más Carbonizado, encogimiento o vaporización.




Acero al Carbono 482° C Gris – paja oscuro.


482° C Bronce Profundo, Azul Pálido

Aleaciones de Alto Níquel 482° C Color bronce con significante azulado

Acero Inoxidable 482° C Paja pálido a bronceado, algunos aceros pueden tener un suave azulado

Aluminio & Cromo 482° C Sin Cambio

Babbit 482° C Superficie completamente negra Oxidada. Esquinas fundidas.

Materiales Orgánicos 482° C Más Carbonizado, encogimiento o vaporización.

Aleaciones de Cobre 482° C Paja oscuro, puede aún tener ligeras cantidades de rojos, púrpuras y azul;

dependiendo de la aleación




Acero al Carbono 540° C Gris oscuro


540° C Bronce Profundo con azulado fuerte

Aleaciones de Alto Níquel 540° C Azul ó azul/gris

Acero Inoxidable 540° C Bronce oscuro con azul pálido más pesado

Aluminio & Cromo 540° C Sin Cambios

Babbit 540° C Superficie completamente negra Oxidada. Esquinas fundidas definitivamente. La partícula

entera puede fundirse in una esfera negra.

Materiales Orgánicos 540° C La mayoría fundidos y fuertemente deformados o vaporizados.

Aleaciones de Cobre 540° C Paja oscuro, poco rojo púrpura y azul dependiendo de la aleación



WSD: Water Source Determination. Este sencillo recurso de RCA nos sirve para tener una idea más cercana del posible origen de una cantidad de agua ingresa a la maquinaria. Permite Identificar:

Agua Libre de Fondo de Tanque

Agua de Condensado

Agua de Enfriamiento de Sistemas Intercambiadores de Calor

Agua de Mar

Para ello se analizan los siguientes parámetros: pH Conductividad, [µmhos/cm]

Calcio, ppm Magnesio, ppm Sodio, ppm Potasio, ppm Silicio, ppm

Dureza, [ppm]

Ácido Carbónico CO3H, [ppm]

Agua Libre ≈ Agua Condensado Bajo pH = Agua Libre



Ejercicios finales

“ Si escucho conozco, si hago aprendo”


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