Durante más de veinte años, los analistas de lubricantes que examinan muestras de compresores de refrigeración de amoníaco han observado el mismo extraño rastro forense: vetas de lubricante carbonizado, fragmentos metálicos fundidos por calor, fibras de vidrio desprendidas y patrones de partículas que carecían de sentido al analizarlos a través del desgaste mecánico normal. Estas señales aparecieron una y otra vez en plantas, panaderías, procesadoras de alimentos y cámaras frigoríficas.
Cualquiera que fuera el problema que estaba dañando estos compresores lo hacía de manera silenciosa, constante y, en gran medida, inadvertido.
La investigación posterior, respaldada por muestras de campo reales y una serie poco común de modificaciones experimentales de filtros, revela un mecanismo de falla oculto a simple vista: la descarga electrostática (ESD, por sus siglas en inglés) que ocurre dentro del sistema de lubricación. Este artículo sigue las pistas desde las primeras muestras de aceite hasta el diseño final del filtro, mostrando cómo la disposición de una planta a experimentar descubrió una causa raíz que era mucho más amplia de lo que se creía.
Un misterio en el aceite: cuando la contaminación no se comporta como tal
La primera pista provino del propio aceite. Los compresores instalados en ubicaciones remotas suelen enviar muestras al laboratorio con poca información del contexto, por lo que los analistas se basan en gran medida en lo que pueden observar al microscopio. A primera vista, muchas muestras parecían casos típicos de contaminación: aceite oscurecido, abundante material particulado e incluso fragmentos de fibra de vidrio. A continuación, se dieron las siguientes recomendaciones: drenar el aceite, cambiar los filtros y verificar la limpieza del lubricante.
Pero los patrones de partículas se negaron a encajar en el guion. Mediante ferrografía, los analistas observaron esferas carbonizadas y residuos similares a cuerdas, partículas metálicas de color azul negruzco con claros signos de fusión y fragmentos de medios filtrantes fragmentados de forma no relacionada con el estrés mecánico. Estos eran indicios de calor intenso y localizado, no de degradación lenta. Y nada en el compresor, ni los rodamientos, ni los sellos, ni las superficies de fricción, podían generar las temperaturas de 10,000 a 20,000 °C necesarias para producir tales daños.
Estas pistas llevaron la investigación hacia un tipo de falla totalmente distinta: una falla basada en la energía eléctrica y no en el desgaste mecánico.
Un descubrimiento en una panadería de la ciudad
Hace aproximadamente doce años, el misterio dio un giro radical. Una panadería que operaba varios compresores de tornillo a través de un depósito de aceite compartido abrió el tanque de «aceite fresco» y descubrió casi cinco centímetros de lodo: suciedad, residuos orgánicos, humedad, el resultado predecible de una tapa mal sellada.
La limpieza del depósito solucionó el problema de contaminación inmediato, pero planteó una pregunta más amplia: si un problema tan obvio pudo pasar desapercibido durante años, ¿qué otros mecanismos ocultos podrían estar atacando silenciosamente estos sistemas?
Esa pregunta llevó a los investigadores a revisar su historial de patrones de desgaste inusuales e investigar si el daño que estaban viendo era consistente con eventos de descarga electrostática dentro de los mismos filtros.
Figura 1. Esta imagen amplificada 100X muestra la partícula de desgaste y contaminantes promedio depositados en el filtro de análisis después de hacer pasar 1 CC de muestra a través de una membrana filtrante de 3 µm.
Por qué los fluidos no conductores para compresores se vuelven eléctricamente peligrosos
Los fluidos para compresores de amoníaco, al igual que muchos lubricantes de refrigeración, no son conductores. Al circular a altos caudales, extraen electrones de las paredes de las tuberías, rodamientos, carcasas de filtros y otros componentes metálicos. El fluido acumula carga electrostática de la misma forma que los aceites hidráulicos en las líneas de retorno de alta velocidad.
Una vez que la carga excede los 300–400 voltios, se produce un arco eléctrico (instantánea y violentamente) hacia el componente metálico conectado a tierra más cercano.
Figura 2. Acumulación de carga estática en el fluido
Y aquí es donde la construcción del filtro se convierte en un problema.
Los filtros estándar utilizan una combinación de:
- Un núcleo de acero conductor
- Tapas en los extremos, adheridas al núcleo
- Un paquete de medios no conductores (fibras de polímero, fibra de vidrio, malla unida con epoxi) aislado eléctricamente del núcleo
En otras palabras, el medio está flotando eléctricamente. Acumula carga, pero no tiene una conexión segura a tierra. El resultado es un condensador en miniatura dentro del circuito de lubricación, que se descarga directamente a través del medio filtrante, destruyéndolo desde dentro.
Por eso seguían apareciendo lubricante carbonizado, fibras fundidas y partículas metálicas en las muestras de aceite. Los compresores no estaban desgastando los filtros. Los filtros se estaban cocinando por el exceso de electricidad.
Una oportunidad única: cuatro diseños de filtros experimentales
La mayoría de las plantas nunca tienen la oportunidad de probar varios diseños de filtros simultáneamente en condiciones operativas idénticas. Pero la instalación de congelación se asoció con su empresa de servicios y proveedor de filtros, desarrollando una serie de pruebas única. Se instalaron cuatro configuraciones de filtros secuencialmente, cada una intentando conectar a tierra o desaislar el medio filtrante de forma diferente. El laboratorio dudaba que se pudieran producir diferencias en la carga ESD, ya que Pall Corporation había realizado una serie de pruebas en la década de 1990 utilizando rejillas de puesta a tierra de cobre en las tuberías, y estas rejillas no afectaron la carga ESD de los fluidos ni aguas arriba ni aguas abajo de las rejillas de cobre.
Etapa uno: media filtrante de fibra polimérica (10–25 µm)
La primera actualización ya se había realizado; la empresa de servicios había reemplazado los filtros de fibra de vidrio por media filtrante de fibra de polímero para reducir el desprendimiento de fibra. Si bien esto solucionó un problema, el microscopio reveló una situación diferente: el lubricante carbonizado, las partículas de desgaste fundidas y los residuos de arco eléctrico permanecieron presentes en todo el filtro.
Todavía se producía ESD en el interior del paquete filtrante.
Etapa dos: adición de correas de conexión a tierra
A continuación, el fabricante añadió correas de conexión a tierra a la carcasa del filtro. A primera vista, esto parecía prometedor. Pero el análisis microscópico del núcleo de acero mostró claras estelas de arco: ranuras diminutas grabadas en el metal.
Dado que el paquete de media filtrante aún estaba aislado eléctricamente con epoxi, la tira de conexión a tierra estaba conectando a tierra el componente equivocado. Las capas internas seguían cargándose y descargándose violentamente.
Etapa tres: Media filtrante de malla de acero inoxidable (5 µm)
El cambio a malla de acero inoxidable introdujo conductividad en el propio medio. Esto redujo significativamente la gravedad del arco eléctrico, pero no su incidencia. Además, la estricta clasificación de 5 µm creó un nuevo problema: el lubricante gelificado y dañado por el arco eléctrico bloqueaba rápidamente la malla, provocando disparos por sobrepresión.
En resumen, el filtro funcionó mal hidráulicamente.
Etapa cuatro: Conjunto de acero inoxidable completamente conectado a tierra
El diseño final fue el verdadero avance. En él, cada componente (malla, núcleo y tapas) se soldó por puntos y luego se conectó a una sola tira de puesta a tierra. Todo el filtro se convirtió en una estructura conductora unificada.
Esta configuración eliminó por completo los potenciales flotantes, proporcionando a las cargas estáticas una conexión a tierra segura y de baja resistencia. Los resultados fueron inmediatos y espectaculares.
Desempeño en campo: ¿qué cambió cuando el sistema dejó de generar arcos eléctricos?
Antes de la instalación del filtro completamente conectado a tierra, los compresores requerían rellenos de fluido aproximadamente cada tres semanas debido al rápido oscurecimiento, la formación de barniz, la concentración de partículas y el aceite que se consumía, cuando el fluido se perdía en el sistema debido a su degradación. En los cuatro compresores, esto sumaba aproximadamente 80 litros de fluido desperdiciado al año, más la mano de obra asociada.
Una vez instalado el conjunto de acero inoxidable de 5 µm conectado a tierra, la condición del fluido cambió notablemente:
- El aceite se mantuvo más limpio y ligero durante dos meses, en lugar de degradarse en tres semanas.
- Las partículas metálicas de desgaste se redujeron a niveles mínimos.
- Los residuos carbonizados disminuyeron.
- Se interrumpió el drenado de aceite y los rellenos de fluidos cayeron un 75 por ciento.
El único inconveniente fue el medio de 5 µm, que seguía obstruyéndose prematuramente, no por ESD esta vez, sino porque el lubricante gelificado, previamente dañado, no tenía dónde escapar. El siguiente paso lógico fue un medio filtrante de acero inoxidable de 50 µm totalmente conectado a tierra, capaz de mantener la conductividad sin convertirse en un cuello de botella.
Qué significa esto para los profesionales de la confiabilidad
Muchas plantas de amoníaco se enfrentan al oscurecimiento recurrente del lubricante, fallas inexplicables en los filtros, la formación de barniz o partículas de desgaste que no se adaptan a los modos tradicionales. Este estudio sugiere firmemente que la descarga electrostática es una causa subyacente poco reconocida.
Las descargas electrostáticas dentro de los sistemas de lubricación pueden:
- Carbonizar el lubricante en microsegundos
- Fundir superficies metálicas
- Romper fibras de los filtros
- Depositar residuos conductores aguas abajo
- Acelera la oxidación y la formación de barniz.
- Aumentar indirectamente el desgaste de los rodamientos y sellos
A primera vista, estos efectos parecen ser contaminación u oxidación, pero tienen su origen en un mecanismo de falla fundamentalmente diferente.
Los resultados de esta investigación ofrecen un nuevo camino a seguir, basado en la conductividad y la puesta a tierra, no en una filtración más fina ni en cambios de aceite más frecuentes. Los primeros datos de campo muestran una clara mejora, pero se necesita una prueba de filtración más para validar la eficacia a largo plazo con una malla metálica más grande, como señaló el editor.
Conclusión: un modo de falla oculto que vale la pena sacar a la luz
La evidencia en las cuatro configuraciones de filtros hace que haya una verdad difícil de ignorar:
La descarga electrostática es real, es destructiva y probablemente sea mucho más común en los compresores de amoníaco de lo que la industria reconoce actualmente.
Al modificar los filtros para disipar la carga de manera segura, es posible mejorar la vida útil del aceite, reducir la frecuencia de mantenimiento y evitar las quemaduras internas que han estado dañando los sistemas silenciosamente durante años.
Este trabajo comenzó como una búsqueda del origen de residuos extraños en las muestras de aceite. Concluyó revelando una causa raíz que en campo había sido pasada por alto en gran medida, y una prometedora solución de ingeniería que merece continuar efectuando pruebas.
Si el aceite de su compresor se oscurece demasiado rápido, si sus filtros fallan misteriosamente o si los resultados de laboratorio muestran residuos derretidos o carbonizados, es posible que no se trate de oxidación, desgaste o contaminación en absoluto… Puede ser electricidad.
Rob Simmonds. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América