Historia del análisis de aceite - Noria Latín América

En esta, la primera de nuestra serie histórica mensual, veremos el inicio y el auge del análisis de aceite. Específicamente, analizaremos el desarrollo y la implementación de la espectrometría de elementos, la ferrografía y la espectrometría infrarroja.

Los lubricantes han sido inspeccionados y monitoreados quizás durante todo el tiempo que han estado en uso. Hasta la segunda mitad del siglo XX, la inspección y el monitoreo se limitaban a la temperatura, la presión y la verificación ocasional del color y la viscosidad del aceite. También hay referencias a pruebas con papel cromatográfico (prueba de la gota) de lubricantes en servicio a fines del siglo XIX.

Antes del uso generalizado del análisis de aceite de rutina para el monitoreo de la condición, existían numerosos métodos para examinar las propiedades físicas, químicas y de desempeño de los nuevos lubricantes. Estas propiedades incluyeron viscosidad, punto de inflamación, punto de fluidez, densidad, insolubles totales y contaminación con agua. Estas primeras pruebas fueron promovidas por las compañías petroleras como una forma de caracterizar las propiedades básicas de diferentes lubricantes y garantizar la calidad de su producto. Estas pruebas también sirvieron para defender legalmente al fabricante de lubricantes en caso de falla de la máquina,

Entre 1946 y 1948, la compañía ferroviaria Denver and Rio Grande Railroad comenzó a utilizar la espectrometría de elementos para analizar los lubricantes en busca de la presencia anormal de metales de desgaste, a saber, aluminio, cobre, hierro y plomo. Esta práctica se implementó con el interés de evitar accidentes y reducir fallas mecánicas. El enfoque en los metales de desgaste puede atribuirse a un cambio de paradigma con respecto a las pruebas de lubricantes, cambiando el enfoque (aunque no del todo) de analizar el estado y el desempeño del lubricante a monitorear la condición de la máquina. Este esfuerzo dirigido a la confiabilidad fue exitoso y otras compañías ferroviarias pronto implementaron prácticas similares.

Uso temprano de la espectrometría de elementos

Los primeros análisis de elementos realizados por la industria ferroviaria utilizaron espectrometría de absorción atómica. Era un método de prueba de banco lento y tedioso realizado para un metal a la vez. Debido a esto, el análisis de metales de desgaste se limitó en gran medida a la industria ferroviaria hasta finales de la década de 1950, cuando el Dr. Walter Baird, presidente de Baird Automatic, Inc., inventó el espectrómetro de emisión atómica (AES, por sus siglas en inglés) semiautomático. Este dispositivo, comúnmente conocido como espectrómetro de Baird, ofreció un análisis rápido y multi elementos de los fluidos, lo que redujo la cantidad de tiempo requerido para la prueba de horas a minutos.

El ámbito inicial de su nuevo espectrómetro fueron los ferrocarriles y las grandes plantas industriales. Estas eran las organizaciones que más se beneficiarían de un análisis de aceite rápido. Pero los espectrómetros automatizados hicieron posible que surgiera un mercado comercial para la nueva tecnología. En la década de 1960, Edward Forgeron, físico y gerente de ventas de Baird Atomic, Inc., vio el potencial de la tecnología. Imaginó un laboratorio equipado con AES que pudiera recibir y analizar muestras de varias organizaciones de usuarios de todo el país. Analysts, Inc., en Oakland, California, se convirtió en el primer laboratorio en ofrecer AES para el análisis de lubricantes en servicio en los Estados Unidos.

Desarrollo continuo

A fines de la década de 1960, los aviones militares de los Estados Unidos experimentaban fallas debido a la fatiga de los rodamientos. La tecnología de detección de partículas utilizada por los militares en ese momento eran detectores de partículas ferromagnéticas grandes y espectrometría de elementos. Ninguno de estos métodos fue efectivo para detectar partículas pequeñas asociadas con el inicio temprano del desgaste de los rodamientos; solo podían proporcionar una alerta sobre condiciones de fallas aceleradas o inminentes de los rodamientos.

Para remediar este problema, al menos en parte, el ejército estadounidense contrató a Vernon Westcott, fundador de Trans-Sonic Corporation, para desarrollar una tecnología alternativa. A principios de la década de 1970, Westcott introdujo el ferrógrafo como un nuevo instrumento de laboratorio para detectar y analizar visualmente partículas de todos los tamaños. Inicialmente, el ferrógrafo fue utilizado por universidades, incluidas la Universidad Estatal de Oklahoma y la Universidad de Swansea (Gales).

A principios de la década de 1980, se vio una aceptación más generalizada del ferrógrafo, especialmente por parte de los militares. Por ejemplo, los británicos utilizaron la ferrografía para predecir fallas en la transmisión de helicópteros durante la Guerra de las Malvinas. La ferrografía también ganó popularidad en el sector privado. En 1982 se llevó a cabo la primera Conferencia Internacional sobre Avances en Ferrografía.

Westcott y sus colegas continuaron investigando y desarrollando mejores métodos para usar la ferrografía, y finalmente desarrollaron la ferrografía analítica seguida de la ferrografía de lectura directa. Este último fue un desarrollo especialmente útil, ya que reveló la proporción de partículas pequeñas y grandes, lo que permitió cuantificar más fácilmente el desgaste.

Casi al mismo tiempo, hubo otros avances en el análisis de aceite usado. Por ejemplo, la espectrometría infrarroja por transformadas de Fourier (FTIR, por sus siglas en inglés) comenzó a entrar en escena en los laboratorios de aceites. Este tipo de espectrómetro proporcionó información cuantitativa y cualitativa sobre la química del aceite y ciertos contaminantes, no sobre metales de desgaste. A diferencia de un espectrómetro atómico que analiza los átomos, los espectrómetros FTIR son moleculares. Pueden detectar cambios anormales en el aceite base y la química de los aditivos, incluida la oxidación, la nitración y la sulfatación. También se pueden detectar agua, hollín, dilución por combustible y presencia de anticongelante.

A medida que la nueva tecnología de instrumentos comenzó a inundar el campo del análisis de aceite (y otras aplicaciones en química analítica), el costo de realizar análisis de calidad comenzó a disminuir. En la década de 1990 también estuvo disponible el reconocimiento de patrones mediante el uso de software de imágenes de partículas, lo que permitió la caracterización de partículas de desgaste por computadora. Los dispositivos de carga acoplada (CCD, por sus siglas en inglés) también encontraron uso en los contadores de partículas y otros instrumentos.

Alrededor del final del siglo XX, las pruebas en línea y en sitio comenzaron a ser más frecuentes, en gran parte debido a los avances en la tecnología de sensores y la disponibilidad de instrumentos más pequeños y portátiles. A medida que avanzaba la primera década del siglo XXI también lo hacía la tecnología del análisis de aceite. El final de la década vio la introducción de analizadores semi portátiles y de precio asequible, así como espectrómetros IR portátiles. A medida que entramos en la tercera década del siglo, la atención se centra en la inteligencia artificial y el Internet industrial de las cosas (IioT, por sus siglas en inglés).

Esté atento a las siguientes ediciones de esta serie para obtener más información sobre la historia, incluidas las exploraciones del análisis de aceite como parte del campo de monitoreo de condición, la evolución de los métodos de muestreo y la selección de los conjuntos de pruebas, la expansión de los laboratorios de análisis de aceite en toda América del Norte y el desarrollo de muchas otras tecnologías, incluida la viscosimetría, conteo de partículas, cromatografía de gases, prueba de punto de inflamación, cromatografía plana, análisis de grasas y más.

También cubriremos algunos de los primeros pioneros en el campo de la lubricación de maquinaria; en la siguiente parte de nuestra serie, cubriremos a Elijah McCoy, quien inventó los sistemas de lubricación para motores de vapor.

Referencias

Hansen, T. Un tributo a Vernon C. Westcott, inventor del Ferrógrafo. Revista Practicing Oil Analysis, (marzo de 2004).

Johnson, M. Análisis de aceite: pasado, presente y futuro, parte 1. Revista Tribology & Lubrication Technology, 32-39 (mayo de 2007).

Johnson, M. Análisis de aceite pasado, presente y futuro, parte 2. Revista Tribology & Lubrication Technology, 32-40 (junio de 2007).

Poley, J. Análisis práctico de fluidos en el siglo XXI. Ft. Myers, Florida. (2019). Reliabilityweb.com.

Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.