Jim Fitch, Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latin America

Jinetes fantasmas que acechan en su aceite1La definición de un contaminante es cualquier “cosa” extraña que ingresa a un lubricante durante la formulación, empaque, transporte, almacenamiento o uso en la maquinaria. Los contaminantes ponen en riesgo la integridad, el desempeño y la vida útil del lubricante, además de ocasionar daños a la máquina. Ningún lubricante es inmune a sus efectos o puede coexistir de manera segura con contaminantes. Así también, no hay lubricantes o máquinas que puedan definirse de manera realista como libres de contaminantes.

En las páginas de la revista Machinery Lubrication se han cubierto ampliamente los riesgos provocados por varios tipos de contaminantes. Hemos mostrado cómo el daño puede progresar lentamente o atacar de forma repentina y destructiva. De cualquier manera, los contaminantes son una enfermedad grave del lubricante que merece atención vigilante por parte de analistas de lubricantes y profesionales de la confiabilidad.

Los contaminantes sólidos (también conocidos como partículas) vienen en tamaños, formas, durezas y composiciones muy diversas. Con mucha frecuencia, cuando se habla de la contaminación con partículas, quedan fuera de la discusión los jinetes fantasmas que acechan en su aceite. Estos contaminantes, que pasan desapercibidos para el personal de mantenimiento y no son medidos ni reportados por los laboratorios de análisis de lubricantes, deben ser desenmascarados y comprendidos.

¿Qué son los jinetes fantasmas?

Los propietarios de los activos mecánicos lubricados desean minimizar los costos de mantenimiento y reparación. Los consumibles, como los lubricantes, a menudo están en la mira de la reducción de costos. En la actualidad, los lubricantes están formulados para ser cada vez más robustos y resistentes a la degradación química por el calor, la oxidación y las condiciones de operación. Esta estabilidad física y química permite menos cambios de aceite y reduce el costo del consumo de lubricante.

Esto es algo bueno, pero lamentablemente hay una desventaja por extender los intervalos de cambio del aceite o, en algunos casos, por no cambiarlo. Cuanto más tiempo permanezca en servicio un lubricante, más tiempo estará expuesto a la contaminación con partículas por diversas fuentes de ingreso. Además, la mayoría de las partículas que invaden al lubricante son muy pequeñas. Las partículas pequeñas entran más fácilmente que las partículas grandes. Por ejemplo, por cada partícula de 10 micrones que ingresa al aceite, puede haber diez partículas de 3 micrones.

Este dominio de partículas pequeñas se agrava aún más por la filtración. La mayoría de las máquinas con circulación de aceite tienen filtros. Sin embargo, la mayoría de los filtros eliminan partículas en función de su tamaño. Esto significa que no eliminan todas las partículas, sino solo ciertas partículas por encima de determinados tamaños en micrones (según el tamaño de poro promedio de la media filtrante). Para simplificar, podemos referirnos a esto como el tamaño de partícula límite del filtro.

Las partículas más grandes que el tamaño límite del filtro se eliminan convenientemente con cada cambio de filtro. Las partículas más pequeñas que el tamaño límite del filtro permanecen en el aceite y en la máquina. Esto da como resultado una población creciente de partículas pequeñas que no son controladas por filtración. Debido a su tamaño extremadamente pequeño, tampoco son propensas a asentarse (ley de Stokes), sino que se incrustan fuertemente en el aceite, retenidas por la viscosidad, la circulación y el movimiento browniano (como el colorante para alimentos en agua).

¿A qué tamaño de partículas nos referimos? Bueno, si el filtro tiene un límite de 10 micrones, entonces todas las partículas menores de 10 micrones son jinetes fantasmas (vea la Figura 1). En peso total, la mayoría de estas partículas pueden ser submicrónicas (es decir, de menos de 1 micrón de tamaño). Entre estas están la materia orgánica (contaminantes blandos e insolubles que pueden conducir a lodo y barniz), así como partículas inorgánicas duras del polvo del ambiente y partículas de desgaste. Recuerde, el ojo humano puede ver partículas mayores de 40 micrones. Por lo tanto, podemos decir con confianza que los jinetes fantasmas solo son visibles con la ayuda de microscopios y métodos similares de laboratorio.

Jinetes fantasmas que acechan en su aceite2Figura 1. Las partículas pequeñas pueden pasar sin impedimentos a través de un filtro.

Los peligros latentes de las partículas pequeñas

No asuma que está completamente seguro si tiene un buen filtro, incluso si es un filtro de 3 micrones de alta eficiencia de captura. Sí, los filtros son importantes, y muchos ofrecen un desempeño excepcional al mitigar la exposición y los riesgos de la contaminación con partículas. Cuando las partículas más grandes se filtran rápidamente del aceite, no pueden dañar las superficies de la máquina y no se pueden triturar en partículas pequeñas en el rango del tamaño de nuestros jinetes fantasmas. Por supuesto, una buena filtración es esencial para el control de la contaminación.

Las preocupaciones y los riesgos asociados con las partículas pequeñas variarán según el tipo de lubricante y el tipo de máquina. A continuación, presentamos una breve lista de los peligros y daños impuestos a los lubricantes y las máquinas por la presencia anormal de pequeñas partículas fantasmas.

Pulido y aumento de la fricción mecánica

Muchas máquinas están expuestas a lubricación límite periódica o continua. Esto significa que, debido a la baja velocidad y/o alta carga de la unidad, el lubricante no puede mantener una película completa de aceite. Esto da como resultado superficies que se rozan mecánicamente en zonas de fricción deslizante. El desgaste solo se controla mediante la acción atenuante de los aditivos antidesgaste y extrema presión (EP). Sin embargo, estos aditivos hacen poco para impedir el daño abrasivo causado por pequeñas partículas, lo que lleva a superficies pulidas y afiladas en condiciones límite comunes. Cuanto mayor es la población de estas pequeñas partículas, mayor es el daño resultante por desgaste. Por supuesto, donde hay desgaste hay fricción excesiva, mayor consumo de energía y consecuencias ambientales negativas, todo lo cual no es bueno.

Bloqueo por sedimentos

Las partículas pequeñas se conocen comúnmente como partículas del tamaño de sedimentos o simplemente sedimentos. Estas partículas pueden atascarse y acumularse en los conductos de lubricación, válvulas y orificios estrechos. Pueden restringir el flujo de aceite, lo que conduce a la falta de lubricante y perjudicar el movimiento mecánico (por ejemplo, en una servoválvula), lo que provoca un impedimento de movimiento.

Arrastre de aditivos

Una alta densidad de partículas pequeñas expone al aceite a una gran cantidad de área superficial (las superficies colectivas externas de todas las partículas). Muchos de los aditivos del lubricante son polares, lo que significa que se sienten naturalmente atraídos por la máquina y la superficie de las partículas. Por ejemplo, los modificadores de fricción, dispersantes, inhibidores de herrumbre, desactivadores de metales, detergentes, aditivos antidesgaste y de extrema presión. Cuando estos aditivos se adhieren a las partículas, pierden su valor funcional para el aceite y la máquina. En su lugar, las partículas ocupan este rol. El barrido de aditivos por partículas pequeñas es un mecanismo común de agotamiento de aditivos. Cuantas más partículas, más agotamiento. Esto da como resultado un deterioro en la protección contra la corrosión, estabilidad a la oxidación, resistencia de película, dispersión (control de hollín) y control de depósitos.

Jinetes fantasmas que acechan en su aceite3Figura 2. Muchos aditivos se sienten atraídos por las superficies de las partículas y se
adhieren firmemente a estas. Posteriormente, cuando las partículas se eliminan
mediante filtros o se depositan en el fondo del reservorio, los aditivos se eliminan
del aceite. Mientras estas partículas permanecen suspendidas en el aceite mantienen
los aditivos ocupados e incapaces de realizar sus funciones.

Pérdida de demulsibilidad

Muchas partículas son agentes emulsificantes. En otras palabras, inhiben la sedimentación natural del agua libre del aceite en movimiento y, en cambio, unen el agua en una emulsión cerrada dentro del aceite. Esto permite que el agua sea transportada a zonas de fricción, lo que lleva a un desgaste acelerado, y también expone al aditivo polar en el aceite a glóbulos de agua microscópicos, lo que contribuye a la hidrólisis y a su agotamiento. Las pequeñas partículas de herrumbre son particularmente propensas a formar emulsiones de agua y aceite.

Oxidación por catalizadores metálicos

Las partículas metálicas (especialmente hierro y cobre) promueven o catalizan la oxidación de la base lubricante. Esta condición es más pronunciada cuando las partículas están en presencia de niveles anormales de contaminación por calor y agua. Las partículas de desgaste son la principal fuente de partículas metálicas en el aceite. Si no se filtran rápidamente, estas partículas pueden triturarse en muchas más pequeñas. La trituración de las partículas expone una mayor superficie de metal naciente al aceite y sus aditivos. Eventualmente, los inhibidores de oxidación se gastan (hasta quedar completamente agotados) y la base lubricante alcanza su punto de quiebre, seguido de un estado descontrolado de oxidación. No hay forma de remediar la oxidación que no sea por un proceso completo de drenado, lavado y relleno de aceite.

Alto tiempo de suspensión de aire

Todos los lubricantes tienen niveles significativos de aire disuelto (invisible a simple vista). Los cambios en la presión y la temperatura del aceite pueden hacer que el aire evolucione de un estado disuelto a burbujas de aire atrapado (ley de Henry). Las partículas pequeñas ayudan a la transición al proporcionar sitios de nucleación para burbujas de aire emergentes. Los lubricantes altamente puros tienen una mayor tendencia a producir burbujas de aire grandes y flotantes (liberación rápida de aire). Por el contrario, los aceites altamente contaminados, incluidos los ricos en sólidos orgánicos, conducen a la formación de pequeñas burbujas de aire, que deterioran la flotabilidad y provocan una reducción más lenta del aire (efectos de la ley de Stokes). Como se discutió anteriormente en esta revista, existen numerosas consecuencias negativas para el aceite aireado y con burbujas.

Desenmascarando a los jinetes fantasmas por el análisis de aceite

Muchas máquinas que contienen grandes volúmenes de aceite circulante no tienen intervalos programados de cambio de aceite. En cambio, se usa el análisis de lubricantes para alertar cuando se aproxima el final de su vida útil restante (RUL). Esto se conoce como cambio de aceite basado en condición. Esto funciona muy bien si las pruebas realizadas por el laboratorio evalúan completamente todos los factores que definen la salud y el estado del aceite.

Por ejemplo, si solo monitorea la estabilidad a la oxidación, el agotamiento prematuro de los inhibidores de corrosión podría pasar desapercibido. Los cambios de aceite basados ​​en condición dependen de la vigilancia y la evaluación integral de todos los factores y atributos importantes de la salud y el desempeño del lubricante. Algunos laboratorios hacen un buen trabajo con esto. Otros toman atajos.

Muchos métodos comunes de laboratorio tienen puntos ciegos sustanciales cuando se trata de cuantificar la concentración real de partículas pequeñas en el aceite. Esto es cierto para el conteo de partículas, espectrometría de elementos, densidad ferrosa, ferrografía analítica y otros. La Tabla 1 proporciona una lista de varias pruebas del análisis de lubricantes y la capacidad de estos métodos para cuantificar o incluso indicar de forma aproximada la presencia de partículas del tamaño de los jinetes fantasmas en el aceite.

Un prueba destaca por su capacidad para reportar un valor numérico único para los sólidos totales (duros y blandos). Esta prueba es el análisis gravimétrico. Se puede mejorar usando solventes como tolueno y hexano para aislar y cuantificar por separado las partículas insolubles blandas y las partículas duras. Otras pruebas en esta tabla también pueden ser efectivas, especialmente cuando se combinan con métodos de prueba adicionales. Por ejemplo, los datos de dos o más de las siguientes pruebas pueden proporcionar una comprensión práctica de la contaminación con partículas pequeñas: ultracentrífuga, MPC, prueba de la gota de aceite, espectrometría de elementos y prueba de membrana de menos de un micrón.

Jinetes fantasmas que acechan en su aceite5Tabla 1. Pruebas del análisis de lubricantes para indicar la presencia
de partículas jinetes fantasmas en el aceite

Eliminando los jinetes fantasmas de su aceite y de su máquina

Algunos tipos de filtros de profundidad tienen la capacidad de eliminar muchas partículas dentro del rango submicrón. Esto puede generar un importante control, particularmente si los filtros se usan durante toda la vida del aceite. A menudo, la efectividad de estos filtros variará dependiendo del tamaño de partícula y su composición. También hay varios tipos de separadores de partículas cargadas que pueden resultar efectivos. Cuando todo lo demás falla, la solución más práctica puede ser simplemente realizar un cambio de aceite. Esta es una opción más lógica para máquinas de reservorio pequeño, en comparación con aquellas que contienen miles de litros de aceite.