Conteos de partículas: Qué significan y cómo usarlos

Mar. 22, 2022

Autor: Noria Latín América

Última actualización: 09/14/23

Devin Jarret, Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América
Las partículas de contaminación se parecen mucho a los niños. Permítanme explicar: cuando mi esposa y yo comenzamos a tomarnos en serio el futuro durante nuestras citas de enamorados, comenzamos a hablar sobre el tipo de familia que imaginábamos. Ambos queríamos una familia numerosa y que nuestros hijos tuvieran una edad cercana con la esperanza de que tuvieran un vínculo más estrecho cuando fueran adultos. Pasaron cinco años y ya teníamos nuestros primeros cuatro hijos. No sabíamos que el impacto de cada niño adicional sería más un factor de multiplicación que una simple suma. Cuando nuestro hijo menor cumplió 5 años, decidimos que queríamos uno más y optamos por adoptar un quinto hijo, sabiendo muy bien que la vida volvería a duplicarse para nosotros. Al igual que el factor de multiplicación de la rapidez con que nuestra casa requiere una limpieza profunda en función de la cantidad de niños que tenemos, se puede determinar qué tan limpio o sucio está su aceite multiplicando la cantidad de partículas que cuenta (o lo que cuenta por usted su sistema de monitoreo en línea o IoT) en el fluido, de acuerdo con el código de contaminación sólida desarrollado por la Organización Internacional de Normalización (ISO, por sus siglas en inglés).

Figura 1. Tabla de correlación del nivel de contaminación con partículas

Comprendiendo el código de contaminación ISO

Para comprender completamente el estándar de contaminantes sólidos ISO 4406, debe comenzar desde el principio. Sorprendentemente, este estándar no se originó con ISO sino con la organización de Normas Aeroespaciales Nacionales (NAS, por sus siglas en inglés) de los Estados Unidos de América. Durante la década de 1960, la NAS intentó poner orden en el caos de los conteos de partículas en los fluidos hidráulicos de los aviones. El resultado fue la creación del estándar NAS 1638. La primera versión de este estándar utilizó un microscopio óptico para medir partículas sólidas. Todas las partículas dentro de 1 mililitro de aceite se clasificarían en cinco rangos de tamaño: 5-15 micrones, 15-25 micrones, 25-50 micrones, 50-100 micrones y más de 100 micrones. Se utilizó una tabla para clasificar la limpieza del aceite con un rango de 00 a 12, con base en el número de partículas en cada rango de tamaño. Cuanto menor era el número, más limpio sería el aceite. Antes de eso, no se había establecido un sistema de codificación para cuantificar la contaminación del aceite. Este método funcionó bien y fue ampliamente aceptado por la industria durante las décadas de 1970 y 1980. Con filtros de partículas mejorados, la invención de contadores automáticos de partículas (y la tecnología actual de monitoreo de fluidos IoT) y el impulso de ISO 9000 durante la década de los 80 y 90, se hicieron otros intentos para crear estándares de la industria para los niveles de limpieza por parte de la Asociación de Ingenieros Automotrices (SAE, por sus siglas en inglés), la Asociación de Industrias Aeroespaciales de América (AIA, por sus siglas en inglés) y otros. Las mejoras en los filtros de partículas inclinaron la balanza de la distribución natural. Los filtros se volvieron más eficientes en la eliminación de partículas más grandes, lo que hizo que los rangos de tamaño más grandes fueran menos representativos de la distribución de partículas en el aceite. Con este cambio en la distribución natural de partículas, ISO decidió que ya no era necesario reportar la concentración de estos rangos de partículas más grandes.

Estándar ISO 4406:87

Al reconocer la importancia de la limpieza del aceite hidráulico, las deficiencias de NAS 1638 y las deficiencias de otros estándares de distintas organizaciones, ISO aspiró a crear un estándar que reflejara con mayor precisión la concentración de partículas. La organización también buscó hacer que su clasificación o código fuera más fácil de entender mientras expandía el estándar a todos los fluidos lubricantes para que hubiera un estándar aceptado en todas las industrias. El proceso comenzó reduciendo el número de categorías de cinco a dos con una tercera opcional. También se decidió utilizar una escala que contara partículas de tamaños específicos y más grandes, alejándose del enfoque de rango. Los tamaños de partícula representativos elegidos fueron 2, 5 y 15 micrones, siendo opcional la categoría de 2 micrones. A diferencia de NAS 1638, que clasificaba todos los conteos de partículas para las distintas clasificaciones con un solo número, ISO 4406 representaba cada tamaño individualmente. Siempre se muestra un código ISO 4406 con los tamaños en micrones enumerados de menor a mayor. La segunda modificación importante implicó cambiar la escala por completo. Nació lo que más tarde se conocería como la tabla de la serie de Renard. Las clasificaciones abarcaron de 0.9 a 30, y cada una se duplicó desde el valor aceptable más bajo hasta el más alto. Este enfoque tenía la intención de hacer que cada paso fuera más significativo e impactante. También permitió un método simple para expresar conteos de partículas muy pequeños y grandes con un solo valor. Por ejemplo, un código de limpieza podría ser algo así como 18/14. Esto indicaría que había entre 1301 y 2500 partículas de más de 5 micrones y de 81 a 160 partículas de más de 15 micrones. Posteriormente, ISO eliminó el código 0.9 y comenzó el gráfico en 1 cuando se determinó que era muy poco probable obtener este nivel de contaminación y, por lo tanto, no era razonable incluirlo en la tabla.

Figura 2. Tabla de la Serie de Renard de ISO 4406

Estándar ISO 4406:99

En la década de 1990, hubo un impulso para que la industria cumpliera con la norma ISO 9000. Durante este tiempo, se descubrió que el método actual para calibrar contadores automáticos de partículas (APC, por sus siglas en inglés) no cumplía con los requisitos de la norma ISO 9000. Anteriormente, todos los APC se calibraban de acuerdo con la norma ISO 4402 utilizando polvo fino de prueba para filtros de aire (ACFTD, por sus siglas en inglés). Durante el proceso de cumplimiento de la norma ISO 9000, se determinó que este material de calibración no se podía rastrear. Se desconocía la cantidad y el tamaño exactos de las partículas en el ACFTD, lo que resultaba en calibraciones imprecisas. La empresa que producía el fluido de calibración ACFTD también anunció que ya no lo fabricaría. Esto condujo a la norma ISO 11171, que utiliza polvo de prueba ISO medio (ISO MTD, por sus siglas en inglés) del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés). NIST emplea un microscopio de escaneo de electrones (SEM, por sus siglas en inglés) para medir con precisión la cantidad y el tamaño de partículas de hasta 1 micrón. Además de la falta de control sobre el material de calibración, también se descubrió que los tamaños de partículas informados no eran los mismos. Dependiendo del tipo de APC utilizado por el laboratorio, hubo inconsistencias al medir partículas del mismo tamaño. Lo que era una partícula de 5 micrones en un APC óptico (calibrado según ISO 4402) era una partícula de 6 micrones usando un SEM. Esto condujo a la necesidad de un nuevo medio y estándar de calibración, por lo tanto, se creó ISO 11171 para la calibración e ISO 4406:99 para el reporte.  ISO tuvo que tomar una decisión importante: ¿Debería haber dos estándares basados ​​en el tipo de APC y el método de calibración, o debería ajustarse el estándar actual para que fuera compatible con los métodos de calibración y los tipos de APC? Se decidió que dos estándares crearían confusión, por lo que se aceptó la alternativa de desarrollar un estándar compatible. Con las subsiguientes mejoras de precisión en las tecnologías de microscopios, ISO se dio cuenta de que el reporte de partículas de menos de 5 micrones se estaba volviendo más confiable. Por lo tanto, se agregó un tercer tamaño en micrones como una opción al código de limpieza.

ISO 4406:17 y 4406:21

En el año 2017 se actualizó la forma de representar gráficamente el código, además de eliminar referencias a estándares que también habían sido modificados o suprimidos. En la última versión del año 2021 (vigente actualmente) se incluyeron los monitores de contaminación de partículas (PCM) para la determinación del código de contaminación ISO 4406 y se hace referencia a ellos a todo lo largo del documento. Las modificaciones al estándar de 2017 y 2021 no cambiaron la forma de representarlo, ni los tamaños de partículas que se medían en el de 1999, por lo que no existe una nueva manera de leer el código a partir de los métodos vigentes en laboratorio

Qué significa todo esto

ISO concluyó que la concentración de partículas más pequeñas era más preocupante que la de las más grandes. La organización determinó que las partículas de 4, 6 y 14 micrones brindaban una mejor representación de las partículas más cercanas al espesor de la película de un lubricante. Estos tamaños de partículas causan el mayor daño a las superficies en movimiento y, por lo tanto, deben monitorearse de cerca. También se debe considerar el método utilizado para calibrar el contador automático de partículas, especialmente si no puede distinguir entre las burbujas y las partículas. Rara vez el laboratorio de análisis de aceite le informará qué estándar de calibración ISO empleó, por lo que deberá comunicarse con ellos o el fabricante del equipo APC para averiguarlo. Como indicamos antes, el estándar de calibración más actual es ISO 11171.

SAE AS4059F

Si bien ISO 4406:87 y 4406:99 han sido ampliamente aceptados, todavía hay una parte significativa de industrias y países que utilizan SAE AS4059. Se han realizado varias revisiones a esta norma a lo largo del tiempo. La revisión más actual de este estándar ocurrió en septiembre de 2013, que es SAE AS4059F. El informe de este estándar utiliza la misma tabla que el estándar NAS 1638. La revisión más reciente ha agregado métodos de reportes opcionales para incluir la capacidad de informar sobre el conteo de tamaño de partículas acumulativo especificado en lugar de un código único que representa la limpieza del aceite. Podrá identificar si el código es específico para el conteo de untamaño de partícula acumulativo por una letra de sufijo después de la clase. La letra estará entre A hasta E y le dirá qué categoría de conteo de tamaño de partículas acumuladas representa el código. Por ejemplo, una Clase 6B indicaría cuántas partículas tienen más de 5 micrones (microscopio óptico) o 6 micrones (la mayoría de los APC). Sin embargo, tenga cuidado, ya que la revisión de AS4059 puede dar como resultado clases de limpieza diferentes de las obtenidas con versiones anteriores siempre que la clase se haya especificado sin ningún sufijo de tamaño de letra y, en algunos casos, cuando la clase se haya especificado con un sufijo. Las clases de limpieza sin sufijo de versiones anteriores de AS4059 se basan en partículas de más de 6 micrones, mientras que las clases de esta revisión se basan en la cantidad de partículas en cada uno de los rangos de tamaño excepto el más pequeño, 4 micrones. AS4059 ahora permite identificar los límites de contaminación de varias maneras:
  • Idéntico a NAS 1638: por ejemplo, AS4059 Clase 8 es lo mismo que NAS 1638 Clase 8. El tamaño de las partículas contadas varía dependiendo de si se usa un microscopio óptico o APC de bloqueo de luz.
  • Conteo acumulativo por encima de un tamaño especificado – Ejemplos: AS4059 Clase 8A, AS4059 Clase 8B
  • Conteos diferenciales para varios tamaños – Ejemplos: AS4059 Clase 8B-D o Clase 8A-D
  • Diferentes clases para conteos acumulados de partículas mayores que un rango de tamaño particular: un ejemplo sería 7B/6C/5D o 7B/4C.
No hay un estándar de limpieza correcto o incorrecto para usar al configurar un programa de lubricación. Lo importante es que siga un estándar y lo use correctamente.

Figura 3. SAE AS4059 Rev.E (Clases de limpieza para conteos acumulativos – Partículas por 100 mL).

(1) Rango de tamaño, microscopio óptico, basado en la dimensión más larga medida según ARP598 o APC calibrado según ISO 4402:1991 (2) Rango de tamaño, APC calibrado según ISO 11171 o microscopio electrónico, basado en el diámetro equivalente del área proyectada (3) Clases y límites de contaminación idénticos a NAS 1638

Establecimiento de objetivos de limpieza

A diferencia de la mayoría de la información en un reporte de análisis de aceite, los conteos de partículas no deben usar los mismos métodos de tendencias de hierro, sílice, cobre, etc. Deberá observar en qué dirección se mueven los conteos de partículas, pero esto por sí solo no debe usarse como un indicador de falla. Hay demasiadas variables en juego. La diferencia entre los códigos puede ser una partícula o varios cientos o miles de partículas. Por esta razón, se recomienda establecer objetivos de limpieza y realizar un seguimiento de los conteos de partículas o códigos ISO en relación con esos objetivos o utilizar un verdadero contador de partículas óptico digital que pueda reconocer las diferentes partículas de desgaste y distinguir las burbujas de agua o aire de las partículas reales. Deben establecerse límites de alarma de precaución y críticos. Idealmente, el límite de precaución será su objetivo. El límite de alarma puede estar uno o dos códigos por encima de su objetivo. Estos límites ayudarán a que su proceso de toma de decisiones sea más fácil si considera limpiar su aceite con un carro de filtración o realizar un drenado, lavado y llenado completos. Establecer objetivos de limpieza para cada lubricante ofrece muchos beneficios. La principal ventaja es la extensión de la vida útil general de la máquina, lo que puede reducir los costos de mantenimiento y aumentar los ciclos de producción. Los casos de estudio han demostrado que la contaminación por partículas es la causa principal de las fallas de las máquinas. Por lo tanto, tiene sentido monitorear la concentración de estas partículas. Otros beneficios de establecer objetivos de limpieza incluyen aumentar la conciencia y la visibilidad de los esfuerzos que se realizan a través de diversas actividades de lubricación. Establecer un objetivo moderadamente agresivo para sus lubricantes requerirá que todos sigan las mejores prácticas de lubricación. También puede crear un objetivo común entre el personal de operaciones y mantenimiento de las plantas en las que las tareas de lubricación se distribuyen entre varios departamentos o divisiones. Dado que no todas las máquinas reciben el mismo trato, será importante que los objetivos de limpieza se establezcan de manera adecuada para cada máquina. Por ejemplo, los sistemas hidráulicos y de turbinas son mucho más sensibles a los contaminantes sólidos que una caja de engranajes o una bomba de proceso. La viscosidad del aceite también jugará un papel importante. Cuanto mayor sea la viscosidad, más difícil será eliminar las partículas. El entorno de la máquina también puede afectar sus objetivos de limpieza. Un sistema hidráulico en un entorno controlado, como un área de producción farmacéutica, puede tener un objetivo diferente al del mismo sistema hidráulico dentro de una planta de cemento. Más contaminantes potenciales en el aire pueden aumentar la necesidad de mantener aceites más limpios, lo que requerirá un estándar más agresivo. Un área de alto nivel de contaminación también puede exigir una inversión mayor para ayudar a mantener los niveles adecuados de limpieza del aceite. La mayoría de los fabricantes de equipos originales (OEM, por sus siglas en inglés) brindan niveles generales de limpieza de lubricantes para que sus máquinas cumplan con las expectativas de la garantía. Si bien estos objetivos de OEM constituyen un excelente punto de partida, a menudo no toman en consideración los objetivos específicos de confiabilidad de la planta o del entorno. Si en sus instalaciones tiene un cuarto de lubricación central, establezca un objetivo de limpieza general para cada tipo de aceite. Al establecer estos objetivos, comience con el componente más sensible de la máquina que utiliza cada aceite y siga el mismo proceso para cada máquina. Una vez que haya establecido sus objetivos de limpieza, adopte un enfoque escalonado para limpiar sus aceites. Comenzar con un filtro de alta eficiencia a un bajo tamaño de poro en micrones sería costoso. En su lugar, progrese lentamente usando filtros de menos micrones con el tiempo. Cuando alcance su objetivo, puede mantener este nivel de limpieza con filtros de mayor eficiencia. Al comprender mejor el código de limpieza, establecer objetivos apropiados y monitorear de cerca sus conteos de partículas, puede determinar qué tan sucio o limpio está su aceite, lo que luego debería ayudarlo a alcanzar sus objetivos generales de confiabilidad. Referencias Fitch, E.C. (1976). “The New ISO Cleanliness Code – Let’s Use It.” Fluid Power Research Conference. Day, M. “What Happened to NAS 1638?” Revista Practicing Oil Analysis, December 2002. International Standard 4406:87. International Organization for Standardization. International Standard 4406:21. International Organization for Standardization.

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