Cuando trabajaba en una planta de forja, teníamos sistemas hidráulicos muy grandes. Cuando el sistema fallaba por cualquier motivo, perdíamos un mínimo de US $10,000 por hora en producción. Cuando el aceite de un sistema hidráulico grande se deteriora, cambiarlo o purgarlo puede tardar fácilmente ocho horas. Pregúntese: ¿puede su empresa permitirse perder US $80,000 en producción por un solo incidente?
El aceite es la vida de cualquier sistema hidráulico o de lubricación. Cuando está fresco y en buen estado, el sistema funciona correctamente. A medida que envejece y pierde sus propiedades, se producen problemas en el sistema hasta el punto de que puede fallar.
Una práctica común en un sistema hidráulico es tomar una muestra de aceite mensual o incluso trimestralmente. Esta muestra se envía para su análisis. El resultado del análisis tarda entre unos días y una semana en obtenerse, y requiere que una persona altamente calificada lo lea y determine si existe un problema. Detectar un problema puede llevar meses; mientras tanto, el sistema pierde rendimiento.
En este artículo, analizaremos qué tipo de datos se deben recopilar, por qué son importantes, cómo se deben recopilar, qué se debe hacer con ellos, cómo analizarlos y cómo aplicar el análisis a su sistema.
¿Qué se debe recopilar?
Hay numerosos factores para tener en cuenta al intentar determinar qué está afectando el fluido de un sistema, entre ellos:
- La temperatura ambiente
- La atmósfera en la que opera el sistema
- Con qué frecuencia se renueva el sistema en el tanque
- La presión a la que está funcionando el sistema
Todas estas influencias externas afectan al fluido.
Por ejemplo, los sistemas que operan en un ambiente húmedo pueden absorber humedad del aire. Esta humedad provocará la entrada de agua en el fluido, lo que a menudo provoca oxidación, aumento del número ácido del fluido y daños en los componentes del sistema. Cualquiera de estas condiciones causará problemas adicionales y afectará tanto a los componentes como al rendimiento general del sistema.
Ahora bien, la verdadera pregunta es: ¿qué datos se deben considerar críticos por conocer?
Comprender el mecanismo de degradación de un fluido le ayudará a identificar los factores que se deben controlar:
- Partículas de desgaste (ferrosas y no ferrosas)
- Contaminación
- Contenido de humedad (porcentaje de saturación)
- Cambios electroquímicos (AN, conductividad, viscosidad)
- Temperatura
Todo sistema se contamina. Los componentes se desgastan, los sellos se deterioran, el sistema absorbe la contaminación del exterior y su funcionamiento genera su propia contaminación. Toda esta contaminación es transportada por el fluido. Usar un monitor que proporcione datos en tiempo real ayudará a monitorear las tendencias de eventos y anomalías diarias. Conocer el estado de un sistema le permitirá comprender mejor qué sucede en él.
También debemos conocer y poder analizar la tendencia de la temperatura del fluido. Dado que la temperatura afecta directamente la viscosidad y contribuye a la oxidación, además de influir en otras propiedades de los aditivos del aceite, es importante conocer la temperatura del fluido durante su funcionamiento.
Otro factor por considerar es el contenido de agua. Además de ser incompresible y no lubricante, el agua aumenta la oxidación y es un catalizador para la formación de ácidos. La presencia de agua en un fluido provocará un desgaste acelerado de las superficies de los rodamientos y cojinetes, averías en sellos y bombas, y una disminución general del desempeño del sistema.
Finalmente, deben considerarse los cambios de tendencia en la electroquímica del aceite. Con los cambios en la refinación de aceite en los últimos años, la conductividad del aceite (o su capacidad para transportar carga electrostática) se ha convertido en un motivo de gran preocupación. Esta carga estática puede dañar el sistema y es peligrosa para los operadores y el personal de mantenimiento. Se pueden establecer correlaciones a partir de la tendencia de la conductividad del fluido y la comparación de los resultados con curvas de degradación conocidas. Los análisis pueden convertir todos los datos recopilados en un informe legible para su uso.
¿Por qué estos datos en particular?
Cada uno de los parámetros anteriores ayuda a comprender la historia de la degradación. Al analizar las tendencias de los datos, se pueden establecer correlaciones entre estos parámetros y la condición del sistema, lo que permite una comprensión muy personal de lo que sucede dentro de la máquina.
¿Por qué son importantes estos datos específicos? Analicemos primero los datos del monitor de contaminación. Estos datos indican el tamaño y el tipo de contaminación en un sistema. En combinación con el contador metálico, es posible correlacionar la cantidad de partículas metálicas y no metálicas en un sistema.
Conocer la cantidad y el tipo de partículas puede ayudar a determinar qué ocurre dentro de un sistema. La mayoría de las partículas no metálicas provienen del desgaste de los sellos, la descomposición de los aditivos o la ingestión de partículas externas al sistema. Las partículas metálicas resultan de la degradación de los componentes del sistema.
Considerando que la holgura libre promedio en un rodamiento de rodillos cilíndricos común es de 0.010″ a 0.012″, conocer el tamaño y la cantidad de partículas dentro de ese rango revelará que los rodamientos están dañados. Tenga en cuenta que cuando el tamaño de las partículas excede el espesor de la película, se producen daños microscópicos en los componentes. Este daño suele resultar en un aumento de partículas metálicas.
Además, las partículas más finas funcionan en un sistema como un compuesto de pulido, que puede tener un efecto pulidor que rompe las superficies duras y aumenta las tasas de degradación de los componentes.
Los efectos de la temperatura y el contenido de agua tienen una influencia combinada en un sistema. El agua puede entrar por condensación e ingresión. La cantidad de condensación puede estar relacionada con la fluctuación de temperatura del sistema.
Todos los sistemas deben respirar. Si un sistema opera en un ambiente frío durante un turno, la temperatura del aceite aumentará significativamente durante el funcionamiento y se enfriará durante el tiempo de inactividad. Dado que el sistema respira aire relativamente frío, que tendría mayor contenido de humedad, esta humedad se acumulará en el espacio superior del sistema. Al interactuar el fluido caliente y el aire frío en el espacio superior, la humedad del aire se condensará, entrará en el fluido y comenzará a oxidarse. Cuando el fluido se caliente de nuevo, la tasa de oxidación aumentará debido a la humedad y la temperatura del fluido.
La constante dieléctrica mide la capacidad del aceite para transportar energía eléctrica. A medida que el aceite se contamina o sufre un cambio químico debido a la degradación, la constante dieléctrica cambia. Monitorear este valor puede determinar la tasa de degradación del aceite. Además, dado que conocemos el valor de la constante dieléctrica del aceite base y los aceites base no tienen la misma constante, podemos obtener una indicación de si se ha añadido el aceite correcto al sistema.
Implementación de sensores para datos en tiempo real
El método de recolección comúnmente utilizado en la industria consiste en obtener una muestra de aceite de un sistema y enviarla a un laboratorio.
El laboratorio procesa la muestra para obtener datos, que luego están disponibles para su análisis. El laboratorio presenta los resultados en un gráfico para generar tendencias y ofrece una estimación correcta o incorrecta.
Este método presenta deficiencias debido al largo plazo necesario para obtener datos de tendencias. Dado que la mayoría de las muestras se recopilan mensualmente, los datos tendrán al menos tres o cuatro meses de antigüedad antes de que se disponga de cualquier tipo de análisis de tendencias. Para entonces, el sistema podría haber sufrido daños importantes. Esto también conlleva un mantenimiento reactivo, que no es una forma eficiente de mantener la producción. En este sentido, la aplicación de tecnología de sensores puede ayudar a recopilar datos en tiempo real sobre los sistemas.
Esto puede incluir monitores de contaminación en línea, sensores de contaminación metálica y dispositivos similares que miden la temperatura, la humedad y la conductividad. A medida que la tecnología avanza, la necesidad de recopilar datos precisos en tiempo real aumentará. Al predecir el estado de un sistema, una instalación puede planificar el tiempo de inactividad y utilizar de forma más eficiente los recursos y el capital de mantenimiento.
¿Qué hacer con los datos?
Ahora que sabemos qué recopilar, ¿qué hacemos con estos datos? Primero, debemos comprender que los datos que recopilamos mediante sensores en tiempo real son más consistentes. Al recopilarse con instrumentación, eliminamos el factor humano.
Al analizar aceite, se debe tomar una muestra y repetir el mismo proceso cada vez. La muestra se toma exactamente del mismo lugar, de la misma manera, en un pequeño frasco de muestra, procurando mantener el mismo flujo de aceite, temperatura del aceite y temperatura ambiente. La posibilidad de error o variación es muy alta. Esta muestra es analizada posteriormente por un profesional en el laboratorio, lo que aumenta la posibilidad de error humano.
Al eliminar el factor humano, se posibilita un método sostenible y muy confiable para la recopilación de datos. La medición del caudal, la temperatura ambiente y el tiempo permite determinar cualquier factor externo que pudiera haber causado un problema con los datos de la muestra.
Como se mencionó anteriormente, el método actual de recopilación de datos de la mayoría de los sistemas consiste en un análisis de tendencias reactivo y a largo plazo. Mediante los sensores mencionados, los datos pueden recopilarse mientras la unidad está en funcionamiento. Dado que se registran las tendencias de los datos durante el funcionamiento de la unidad, podemos monitorearlas con mayor precisión. Esto nos permite rastrear la degradación del aceite mediante el monitoreo en tiempo real de muchos de los factores críticos mencionados.
Si los datos se almacenan a medida que se recopilan, se puede crear un gráfico de los resultados. Estos pueden compararse con una muestra representativa previamente analizada en un laboratorio. Ahora existen muchas posibilidades para analizar los datos.
Podemos usar las tendencias, interpolar y determinar cuándo el aceite alcanzará su vida útil. Al determinar un final aproximado de la vida útil del aceite con base en nuestros datos, podemos planificar proactivamente el cambio de aceite para minimizar el tiempo de inactividad y posibles fallas de la máquina.
También se pueden instalar puntos de activación para configurar alarmas que permitan una reacción inmediata. Dado que los puntos de activación tienen una marca de tiempo, el problema en el punto de activación puede compararse con lo ocurrido durante el funcionamiento de la máquina. Esto permite identificar problemas con precisión y determinar maneras de prevenirlos en el futuro.
Finalmente, analizar los datos puede ayudar a determinar otros factores del sistema. Esto incluye seleccionar el fluido y el paquete de aditivos adecuados y determinar si el fluido dura lo esperado.
Utilizando este análisis de tendencias y revisando todo el sistema, podemos desarrollar diseños más confiables que durarán más y mejorarán el tiempo de funcionamiento.
¿Cómo predice el análisis la vida útil del aceite?
La tecnología de sensores mencionada anteriormente permite desarrollar una serie de ecuaciones que predicen la vida útil restante del aceite. Varias ecuaciones, como la tasa de Arrhenius, sirven de base para este análisis basado en ecuaciones.
Al utilizar los datos recopilados para determinar diversos factores, como se indica en la Figura 1, se puede determinar la vida útil real del fluido al momento de la recopilación de datos. Los datos pueden utilizarse posteriormente para calcular sistemáticamente la vida útil del aceite.
Figura 1
Cada dato, como la temperatura, el agua, la contaminación y la conductividad eléctrica, influye en la vida útil del fluido. Usar estos datos para crear factores de la ecuación puede ayudar a determinar cuándo un aceite llegará al final de su vida útil. Los datos también pueden usarse para crear gráficos y determinar tendencias. Al comparar los resultados del análisis, se puede determinar cuándo el aceite comenzará a causar problemas en un sistema.
Avanzando desde aquí
Predecir los intervalos de mantenimiento y reducir el tiempo de inactividad siempre debe ser una prioridad, y se requiere diligencia y paciencia para lograr este objetivo. Recopilar datos fiables para desarrollar tendencias que sirvan como referencia lleva tiempo. Una vez completada la referencia, los datos del sistema pueden compararse con la producción, los cambios estacionales o cualquier otro factor necesario para determinar las tendencias.
La combinación de estos datos con análisis de aceite trimestrales o anuales de un laboratorio externo permitirá una predicción confiable del mantenimiento necesario para mejorar el tiempo de actividad de la maquinaria y reducir drásticamente el mantenimiento reactivo y el tiempo de inactividad. La comparación de los datos de laboratorio es igualmente importante para validar los datos de tendencias.
La tecnología actual carece de la capacidad para proporcionar espectrometría de elementos en línea, que analizaría la salud de los fluidos de forma más concisa. Basándose en la tecnología y la economía, este es el camino por seguir. Al igual que la evolución de los teléfonos celulares, esto también será posible con el tiempo.
Ahora la decisión es suya. Debe evaluar el costo de su sistema, el costo del cambio de aceite, el costo del tiempo de inactividad y el costo de la mano de obra para mantener y reparar la maquinaria. La tecnología está disponible y lista para usar. Solo necesita implementarla.
Martín Migliori ; José L. Lisowski. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América