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Anlisis de Aceite Usado
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Anlisis de Aceite Usado
Conjunto de procedimientos y mediciones aplicados
al aceite usado de las mquinas que facilitan elcontrol del estado del lubricante, y de maneraindirecta permiten establecer el estado de loscomponentes.
Su objetivo final es reduccin de los costos deoperacin a travs de la preservacin de losmquinas y la extensin de la vida de los lubricantes.
Los procedimientos de anlisis se pueden realizar enun laboratorio especializado, pero tambien pueden
hacerse en el campo con ayuda de herramientassimples.
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Anlisis Pertinentes
Viscosidad
Contenido de Agua Oxidacin/Nitracin Holln TBN/TAN
Mediciones de Desgaste Contenido de metales (espectroscopa) Conteo de partculas Ferrografa
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Viscosidad
Definicin:
Es la resistencia de los lquidos a fluir. Entre mayor sea la viscosidad mayor es la resistencia.
Unidades de Medicin:
Centistokes [mm^2/seg] Segundos Saybolt Universal [SUS] Grados Engler Segundos Redwood Segundos Furol
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Temperatura Presion
Mayor Temperatura
implicaMenor Viscosidad
Mayor Presin
implicaMayor Viscosidad
La influencia de ambos Factores es muy FUERTE El esfuerzo de corte afecta tambin a la viscosidad (FLUIDOS
NO-NEWTONIANOS)
Factores que Afectan a la Viscosidad
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0 20 40 60 80 100 120 1400 20 40 60 80 100 120 140
DIAGRAMAS VISCOSIDAD - TEMPERATURA
VISCOSIDAD
CINEMATICA
DOBLE
LOG. DELA VISC.CINEM.
TEMPERATURA (C ) TEMPERATURA (C )
EL INDICE DE VISCOSIDAD (IV) ES UN NUMERO EMPIRICO QUE INDICAEL EFECTO DEL CAMBIO DE TEMPERATURA SOBRE LA VISCOSIDAD DEL ACEITE
ALTO IV SIGNIFICA MENOS CAMBIO DE VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA
IV =95
IV = 135
TEMPERATURA Vs. VISCOSIDAD
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VISCOSIDAD A ALTA TEMP.
GRADO
SAE
10W
15W
20W
25W
60 21.9 - 26.1 3.7 min
0W
5W
20
30
50
BAJA TEMP-
60,000 cP max at - 40C
60,000 cP max at - 35C
60,000 cP max at - 30C
60,000 cP max at - 25C
60,000 cP max at - 20C
60,000 cP max at - 15C
KV 100C
3.8 min
3.8 min
4.1min
5.6 min
5.6 min
9.3 min
5.6 - 9.3
9.3 - 12.5
12.5 - 16.3
16.3 - 21.9
VISCOSIDAD (CCS) (cP) (MRV), CENTIPOISE (cP) cSt
BOMB. A BAJA TEMP. VISC.
a 150C, 106
s-1
(cP)
2.6 min
2.9 min
3.7 min
12.5 - 16.3
2.9 min
3.7 min
Y ALTO CORTE
3250 cP max. at - 30C
3500 cP max. at - 25C
3500 cP max. at - 20C
3500 cP max. at - 15C
4500 cP max. at - 10C
6000 cP max. at - 5C
40 (0W-40, 5W-40 and 10W-40 GRADES)
40 (15W-40, 20W-40, 25W-40 AND 40 GRADES)
START
STOP
TIMING MARKS
HIGH TEMP (>0C), LOW SHEAR RATE
KINEMATIC VISCOSITY HIGH TEMP., HIGH SHEAR
150C
SMALL GAP
HIGH SPEED ROTOR
HIGH TEMP, HIGH SHEAR RATE
+C
- C
0C
LOW TEMP, HIGH SHEAR RATE
COLD CRANKING SIMULATOR
HIGH SPEED
ROTOR
LOW TEMP, LOW SHEAR RATE
MINI ROTARY VISCOMETER
CLASIFICACION SAE PARA MOTOR
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CLASIFICACION SAE ENGRANAJES
70W -55 4.1
75W -40 4.1
80W -26 7
85W -12 11
GRADO SAE Temperatura MAXIMA para Viscosidad a 100C, cSt
DE VISCOSIDAD Viscosidad de 150,000 cP, CMinimo Maximo
90 13.5
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CLASIFICACION ISO INDUSTRIAL
ISO VG Media Mnimo Mximo
2 2.2 1.98 2.42
3 3.2 2.88 3.52
5 4.6 4.14 5.06
7 6.8 6.12 7.48
10 10 9 11
15 15 13.5 16.522 22 19.8 24.2
32 32 28.8 35.2
46 46 41.4 50.6
68 68 61.2 74.8
100 100 90 110
150 150 135 165
220 220 198 242
320 320 288 352
460 460 414 506
680 680 612 748
1000 1000 900 1100
GRADOS DE VISCOSIDAD INDUSTRIAL EN CENTISTOKES
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Comparacin de Escalas
GRADO ISO
DE VISCOSIDAD
SAE PARA
ENGRANAJES
SAE PARA
MOTOR
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
22
32
46
68
100
150 220 320 460
75W 80W 85W 90 140
5W
10W
20 30 40 50
Este cuadro muestra la relacin entre algunos grados de Viscosidad ISO, grados SAE de
aceites para engranajes y SAE para motor, y la Visc. a 100C, en cSt (esto es vlido para IV=95)
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Anlisis de Viscosidad de Aceite Usado
Las viscosidades de los aceites usados se miden a
diferentestemperaturas de acuerdo al tipo de aceite.A los aceites para motor se les mide la viscosidad en
centistokes a 100C, la mxima variacin permisible es el20% de incremento o caida de la viscosidad a partir delvalor original.
A los aceites industriales se les mide la viscosidad encentistokes a 40 C, la mxima variacin permisible es el10% de incremento o caida de la viscosidad a partir delvalor original.
La viscosidad puede incrementarse por oxidacin(degradacin por trabajo a alta temperatura), porcontaminacin con aceites ms viscosos y poremulsificacin con agua.
La viscosidad puede bajar por contaminacin con otroslquidos miscibles de menor viscosidad.
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Dilucin con Combustible Diesel
La causa ms frecuente para la reduccin de la
viscosidad de los aceites de los motores diesel es lacontaminacin con combustible.
La mxima contaminacin permisible depende de laviscosidad del aceite en uso, sin embargo nunca debe sersuperior a 5% en volumen.
Una manera prctica de detectar la contaminacin delaceite de motor con combustible diesel es dejar caer unpar de gotas de aceite sobre un papel. Si el aceite estcontaminado entonces se formaran 2 crculos
concntricos, el crculo interior es de aceite y el exteriorde combustible. El dimetro del crculo mayor no debesuperar 2 veces el dimetro del circulo interno.
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Contenido de Agua
Los aceites lubricantes no deben contener agua, sin
embargo dadas las circunstancias de operacin esposible que en algunos casos sea inevitable lacontaminacin.
El agua puede provenir de: Los sistemas de enfraimiento Condensacin Contaminacin externa
La presencia de agua causa corrosin por formacin decidos. Adicionalmente puede aumentar la viscosidad del
lubricante por formacin de emulsiones. El contenido mximo permisible de agua es de 0,1% en
peso para aceites industriales.
El contenido mximo permisible de agua es de 0,2% enpeso para aceites automotrices.
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Oxidacin
Este fenmeno ocurre cuando el oxigeno ataca a los
fluidos derivados del petrleo. El fenmeno es acelerado por el calor, la luz, la presencia
de metales disueltos y la presencia de agua.
Las consecuencias visibles son el aumento de laviscosidad, la formacin de depsitos y el oscurecimientodel aceite.
Las consecuencias no visibles son la degradacin delaceite, la reduccin del TBN, la formacin de cidos y laprdida de las cualidades lubricantes del aceite.
La prueba para su medicin no est standarizada y loslmites condenatorios dependen de cada laboratorio.
El lmite condenatorio para oxidacin en el laboratorioMobil es el valor de 20 A/cm.
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Nitracin
Formacin de subproductos de nitrgeno dentro del
aceite, especialmente comn en motores de combustininterna que funcionan con gas como combustible.
La mayor parte los productos de la nitracin se formanpor exceso de aire en la combustin. Estos productostienden a formar cidos dentro del aceite y facilitan la
oxidacin del aceite.
La nitracin se mide de la misma forma que la oxidacin,y el valor mximo permitido en la metodologa de Mobil esde 20 A/cm.
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Electrodo de vidrio
Muestra
Agitador
Electrodo de Referencia
Bureta que contiene
KOH (para TAN) o
HCI (para TBN)
TBN : la cantidad de cido, expresada como el nmeroequivalente de mg de KOH, requerido para neutralizar (hastaun valor de pH patrn) todos los componentes bsicospresentes en un 1g de muestra.
TAN/TBN
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TBN/TAN
TAN: cantidad de base, expresada en miligramos de hidrxido de
potasio requeridos para neutralizar los cidos presentes en un gramode muestra.
El valor mnimo de TBN es 1. Los aceites que bajan de este valor yano tienen capacidad para controlar los cidos que se puedan formaren el aceite. El TBN es muy usado en motores de combustininterna, especialmente en lo que usan diesel con alto contenido de
azufre como combustible. Segn Caterpillar el valor de TBN de un aceite no puede ser inferior a
la mitad de su valor original.
El TAN es una medicin indirecta de la oxidacin de un aceite, yaque cuando un lubricante se oxida se producen cidos en su interior.
El TAN es especialmente usado en aceites de turbinas. El valormximo permitible es 2.
Pruebas paralelas al TBN y TAN son las de nmero de neutralizacino NN.
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Holln
La medicin de la cantidad de holln es indispensable para el
control del estado del aceite en los motores diesel de ltimageneracin
El holln se mide en la misma prueba en que se miden laoxidacin y la nitracin y el valor mximo permisible en lametologa de Mobil es 20 A/cm
NUEVOS DISEOS DE PISTON Y ANILLOSPARA REDUCIR EL CONSUMO DE ACEITE(MENOR CANTIDAD DE ADITIVOS DEREFRESCO)
MESETA REDUCIDA Y NUEVA
CONFIGURACION DE ANILLOS:LLEVA A ALTAS CARGAS TERMICAS
Y DE OXIDACION SOBRE EL ACEITE.HAY MAS DESPLAZAMIENTO DE LOSANILLOS Y ESTO LLEVA A UNA MAYORCARGA DE HOLLIN
HUECO DE CABEZA DE PISTON CON RECESOPARA MEJORAR LAS CONDICIONES DE COMBUSTIONPRODUCE GRANDES TENSIONES TERMICAS
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Medicin del Desgaste
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Conteo de Partculas
Cantidad de partculas mayores a un tamao (en
micrones) presentes en un volumen determinado. Porejemplo se toma 1 centmetro cbico de aceite y se hallaque hay alrededor de 20.000 partculas de tamaosuperior a 10 micrones.
La norma ISO 4406 establece que los conteos se debenhacer para tamaos superiores a 2, 5 y 15 micrones yque los resultados deben presentarse en un cdigo de lasiguiente forma:
XX/XX/XX
2u/5u /15u En donde las XX significan la cantidad de partculasmayores a 2u, 5u y 15u segn la tabla presentada en lasiguiente pgina.
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Conteo de Partculas
Codigo ISO Rango de Nmero de Partculas
Mnimo Mximo
1 0.01 0.02
2 0.02 0.04
3 0.04 0.08
4 0.08 0.16
5 0.16 0.32
6 0.32 0.64
7 0.64 1.28
8 1.3 2.56
9 2.6 5
10 5.0 10
11 10.0 20
12 20 40
13 40 80
14 80 160
15 160 320
16 320 640
17 640 1300
18 1300 2500
19 2500 500020 5000 10000
21 10000 20000
22 20000 40000
23 40000 80000
24 80000 160000
25 160000 320000
26 320000 640000
27 640000 1300000
28 1300000 2500000
Por ejemplo si un sistema
hidrulico requiere un nivel de
limpieza ISO de 16/13/11significa que en un mililitro de
aceite del sistema debe haber
mximo:
640 partculas mayores a 2
micras80 partculas mayores a 5
micras
20 partculas mayores a 15
micrasOcasionalmente el codigo de
limpieza ISO usa solo 2 valores,
en vez de 3. Estos valores
corresponden a los conteos a 5 y
15 u.
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Contenido de Metales
Medicin de la cantidad de metales en tamao inferior a 10 micras
presentes en una muestra de aceite. Se mide en partes por milln que es una diezmilsima de % en peso. Se pueden medir los siguientes elementos:
Hierro Cobre
Aluminio Plomo Cromo Estao Sodio
Silicio Los valores mximos permitidos dependen del tipo de equipo y del
fabricante.
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Contenido de Metales
Contenidos mximos permisibles en ppm por marca de motor
CAT CUMMINS MACK DEUTZ DETROIT
Slice 25 20 25 25 20
Hierro 100 80 190 140 125
Aluminio 20 20 20 20 15
Cobre 35 45 50 20 20
Plomo 30 25 30 30 20
Cromo 15 15 20 15 15
Estao 15 15 15 15 15
Plata 0 0 0 0 0
Zinc 0 0 0 0 0
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Contenido de Metales
Posibles Originadores de Desgate en Motores Diesel
Hierro Cobre Plomo Aluminio Cromo Silice
Guias de
Vlvulas
Bujes de los
pasadores
Cojinetes de
Biela
Cojinetes de
Biela
Asientos de
VlvulasSuciedad
Camisas de
Cilindro
Enfriador de
Aceite
Cojinetes de
Bancada
Cojinetes de
BancadaCaras de Vlvul Empaques
EngranajesCojinetes de
Empuje
Cojinetes del
Arbol de Levas
Pasadores de
Pistn
Anillos
Superiores
Cuerpo de
Vlvulas
Cojinetes del
eje de Levas
Anillos
AceiterosAnillos de
Pistn
Bujes del Eje
de Balancines
Cigueal Engranajes
Eje de Levas Pistones
Levas
Bomba de
Aceite
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Contenido de Metales
Posibles Causas de Desgaste
Metal de Desgaste Posible Causa
Hierro Trabajo de la mquina en fro. Uso de ter. Mal ajuste de partes.
Cobre Desprendimientos del sistema de enfriamiento de aceite
Plomo Desgaste de cojinetes de babbit. Material de soldadura.
Aluminio Desgaste de cojinetes del turbo. Sobrecalentemiento de pistones.
Cobre+Agua GlycolFugas del sistema de enfriamiento de aceite. Desgaste de cojinetes
de empuje. Desgaste de cojinetes y/o bujes
Aluminio & OxidacinOclusin de la lubricacin del Turbo. Problemas con el turbo por
arranque o parada impropia
Silicio+Cromo+HierroEntrada de polvo en el sistema de induccin y posible desgaste de
anillos y camisas de cilindro
Silicio+Hierro+Plomo+Alumin
io
Presencia de polvo en la parte inferior del motor. Riesgo de avera del
cigueal y los cojinetes.
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Una visin completa
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Discutiendo la grfica: Metales
El anlisis de contenido de metales (tambien llamado anlisis
espectroscpico) es especialmente util en motores ya que laspartculas de desgaste de estas mquinas son en general menoresde 10 micras.
Cuando las partculas de desgaste de un motor son de tamaosuperior a las 10 micras ya existe un dao y el anlisis ya no serpreventivo sino de bsque da de causa raz de un dao mayor.
La utilidad del contenido de metales para partculas superiores a 10micras es muy limitada. Las partculas normales de desgaste encomponentes como engranajes son mucho ms grandes y no sondetectatadas por lo que los anlisis pueden estar dando partenormalidad mientras el desgaste es visible a simple vista.
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Discutiendo la grfica: Ferrografa
La ferrografa emplea la evaluacin microscpica y fotogrfica de las
partculas de desgaste. Los resultados proveen un profundo anlisisde la composicin de las partcilas (i.e. hierro, cobre, bronce) y el tipoespecfico de desgaste (i.e. corrosin, abracin).
La ferrografa es una tcnica muy eficiente pero costosa y tomamucho ms tiempo que otros tipos de anlisis.
Es especialmente efectiva para anlisis de daos.
En vez de la ferrografia es prctico usar el anlisis de los residuos dela filtracin del aceite a travs de una membrana con la ayuda delentes o microscopios porttiles. Este anlisis ademas de no ser tancostoso puede revelar de forma inmediata las causas de unmalfulcionamiento y de esta forma evitar un dao mayor.
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Discutiendo la grfica: Partculas
Los estndares para conteo de partculas se han desarrollado
inicialmente para sistemas hidrulicos y turbinas. Sinembargo suutilidad es mucho mayor en engranajes industriales y transmisionesautomotrices a pesar de que no existan estndares an para estoscomponentes.
Aunque es una tcnica muy difundida no es de fcil acceso. Si no se dispone de conteo de partculas puede ser remplazado por
los anlisis de menbranas en turbinas y sistemas hidrulicos; y por elanlisis de tapones magnticos en engranajes.
El anlisis de tapones magnticos supone la instalacin de estosaditamentos dentro de los depsitos de aceite de los engranajes y elanlisis peridico de la limalla que se adhiera al tapn. La existenciade partculas como polvo es considerada de relativa normalidad; laformacin de pas supone la existencia de un problema; y laformacin de escamas muestra la existencia de un dao.
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Pruebas segn Equipo
Anlisis MotoresDiesel
Motores aGasolina
Motoresa Gas
Transmisiones
diferenciales ymandos
finales
Turbinasde Gas
Turbinasde Vapor
TurbinasHidrulicas
SistemasHidraulicos
EngranajesCerrados
CompresoresReciprocantes
CompresoresCentrfugos
Viscosidad @
40C
Viscosidad @
100C
Dilucin
Contenido de agua
Oxidacin
Nitracin
TBN
TAN
Holln
Conteo de
Partculas
Si
Fe
Cu
AlCr
Pb
Sb
Ag
Pertinente No Pertinente limitada utilidad Baja utilidad
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Conclusiones Los Anlisis de Laboratorio son procedimientos que brindan gran
valor agregado a la operacin de las mquinas y componentes yaque los protegen contra fallas y paradas no programadas.
El uso de los Anlisis de Laboratorio debe ser racional de maneraque los beneficios derivados compensen el esfuerzo y el tiempodedicados a estos procedimientos.
El uso de anlisis en sitio puede ser mucho ms efectivo que el usodel laboratorio, en especial en componentes deferentes a motores de
combustin interna. Para obtener beneficios de los anlisis de aceite es indispensable :
Tener personal entrenado para interpretar los resultados Tener constancia en la toma y anlisis de muestras Contar con el apoyo de especialistas en el tema