La agonía de los conteos de partículas en aceite de motor a diésel

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

Si un motor más limpio extiende la vida en servicio del motor, ¿por qué no hay más laboratorios de análisis de aceite reportando conteos de partículas? Quienquiera que haya trabajado en un laboratorio de análisis de aceite conoce los retos de contar y dimensionar las partículas en aceites de motor a diesel repleto de hollín. Históricamente, la mayoría de los laboratorios han elegido no efectuar conteos de partículas con aceites oscuros. Sin embargo, hay un creciente interés de los usuarios para que se incluyan esos números en los reportes de análisis de aceite, y algunos laboratorios han comenzado a cumplir empleando varios instrumentos y metodologías. El mayor interés en el monitoreo de contaminantes de aceites de motor está motivado en parte por los muchos estudios que han reportado los beneficios obtenidos por una mejora en la filtración de motores en operación. Uno de tales estudios de la General Motors documentó que al mejorar el desempeño de un filtro se redujo el desgaste del motor en un 50%. Estadísticas como estas son difíciles de ignorar. En el monitoreo de condición, cualquier propiedad que sea importante para la confiabilidad de la maquinaria debería medirse, asumiéndose que es viable técnicamente y económicamente. Por supuesto, este es el punto de considerable consternación por parte de los laboratorios de aceite cuando se trata de aceites de motor de combustión interna. ¿Cómo se pueden efectuar conteos de partículas en fluidos opacos, logrando precisión y siendo costo-eficientes al mismo tiempo? Antes de que examinemos los retos específicos de las metodologías de conteo de partículas, revisemos las diferentes formas para evaluar la presencia de partículas destructivas (además del hollín) en aceites usados de motor. Las enlistamos en la tabla 1.

Tabla 1

Viendo la tabla 1, se aprecia que sólo dos métodos proporcionan un método automático para determinar los conteos de partículas (bloqueo de poro y bloqueo de luz). No obstante, unos pocos laboratorios permanecen fieles al tedioso método de conteo microscópico, principalmente por el beneficio de contar con la capacidad de caracterizar la forma y composición de las partículas observadas. Hay unos cuantos laboratorios que operan con ambos contadores en arreglo combinado, óptico y bloqueo de poro. Típicamente, todos los fluidos base agua y opacos se procesan a través del instrumento de bloqueo de poro, mientras que todos los demás pasan por el contador óptico automático. Para efectos prácticos, más del 90 por ciento de los laboratorios comerciales emplean sólo contadores ópticos automáticos. Para efectuar conteos de partículas en aceites de motor, estos laboratorios se enfrentan con la opción de adquirir un contador de bloqueo de poro o preparar la muestra de tal forma que se facilite el uso de un contador óptico de partículas. A continuación tenemos algunas sugerencias de métodos de preparación de muestras que pueden permitir que los contadores ópticos se puedan emplear satisfactoriamente con aceites de motor diesel. Método de resuspensión de partículas: Se necesita pasar el aceite usado de motor, diluido con un solvente ligero, a través de una malla en forma rectangular, que pueda limpiarse por la parte posterior (cuatro micrones). Un fluido hidráulico súper-limpio de baja viscosidad (por ejemplo, MIL-H-5606B) se pasa en dirección inversa a través de la malla para re-suspender las partículas (excluyendo partículas de hollín) para ser contadas subsecuentemente por el contador óptico de partículas (después de agitación, sonificación y deaireación). Método de dilución de aceite: Las muestras de aceite se analizan primero para dispersancia empleando el método de la gota (puede reportarse el valor de dispersancia con los datos del análisis de aceite mientras hace esto). Si el aceite tiene buena dispersancia, una pequeña cantidad de la muestra se diluye 10:1 con aceite de motor SAE 20 seco y súper-limpio. Las partículas de hollín se dividirán finamente y típicamente a menos de medio micrón. La mayoría del agua emulsificada (si la hay) también se solubilizará en el aceite de motor. La muestra diluida está ahora lista para procesarla con el contador óptico de partículas. No reporta el número de código ISO correspondiente a 4 micrones. Las partículas de hollín dispersas y diluidas caen efectivamente dentro del radar del contador óptico. Para aceites que tienen baja dispersancia, será necesario determinar el conteo de partículas por medio de otro método (como bloqueo de poro o microscópico). Método de corte por solvente: Algunos laboratorios han tenido éxito introduciendo un coctel de solventes en una porción de la muestra de aceite, entonces la agitan violentamente para dispersar y separar el hollín antes del conteo de partículas. Hay que estar conscientes de que algunos solventes en realidad coagularán el hollín – lo opuesto de lo que desea conseguir. El objetivo es reducir la concentración del hollín (evitando errores por la coincidencia/saturación de partículas pequeñas) y mantener el hollín sin aglomerarse (disperso). Una partícula de hollín dispersa en forma individual tiene un tamaño inferior a 0.1 micrón y es demasiado pequeña para ser contada por el contador de partículas, El hollín aglomerado puede alcanzar dimensiones de más de 5 micrones. Todas las tecnologías de análisis de aceite tienen imperfecciones únicas. Entre ellas están algunos problemas asociados con la calibración, precisión, repetitividad, interferencias, compatibilidad con fluidos, falsos negativos y otros. Sin embargo, cuando esas tecnologías, incluyendo el método de preparación de la muestra, son efectuados apropiadamente, pueden obtenerse por lo general resultados valiosos. Mi opinión es que el contero rutinario de partículas de aceites de motor en servicio se presentará eventualmente a gran escala, especialmente para equipo fuera de carretera. Cada vez más, les he pedido a propietarios de flotas de equipo que soliciten que se incluya el conteo de partículas en su conjunto de pruebas de análisis de aceite. Hemos visto excelentes casos de estudio que validan la importancia de esta práctica. Hacer que tanto los laboratorios como los usuarios se sientan cómodos con este valioso indicador es más que un deseo, es una obligación.

El mayor interés en el monitoreo de contaminantes de aceites de motor está motivado en parte por los muchos estudios que han reportado los beneficios obtenidos por una mejora en la filtración de motores en operación. Uno de tales estudios de la General Motors documentó que al mejorar el desempeño de un filtro se redujo el desgaste del motor en un 50%. Estadísticas como estas son difíciles de ignorar. En el monitoreo de condición, cualquier propiedad que sea importante para la confiabilidad de la maquinaria debería medirse, asumiéndose que es viable técnicamente y económicamente. Por supuesto, este es el punto de considerable consternación por parte de los laboratorios de aceite cuando se trata de aceites de motor de combustión interna.

¿Cómo se pueden efectuar conteos de partículas en fluidos opacos, logrando precisión y siendo costo-eficientes al mismo tiempo? Antes de que examinemos los retos específicos de las metodologías de conteo de partículas, revisemos las diferentes formas para evaluar la presencia de partículas destructivas (además del hollín) en aceites usados de motor. Las enlistamos en la tabla 1.

Método	Fortalezas	Debilidades
Análisis de Elementos para Silicio – Los estándares relacionados son ASTM D5185 y D6595). La concentración de tierra es estimada con base en la medición de silicio (asumiéndose que se trata de sílice), un componente destacado de la tierra.	Económica. No se requieren pruebas adicionales. No hay interferencia de hollín o agua. Cuantitativo.	No cuenta ni mide las partículas. No proporciona código ISO. Los espectrómetros de elementos están limitados a un tamaño máximo de detección de partículas de 5 a 7 micrones. Muchas partículas sólidas no están compuestas de silicio y son mayores a 7 micrones.
Total Insolubles (gravimétrico o volumétrico) – Los estándares relacionados son ASTM D893-97, D4055-97 y D4898-90. Se remueven y miden las partículas y otros insolubles (peso o volumen) por medio de centrífuga y filtración por membrana. Pueden emplearse coagulantes y solventes para caracterizar/diferenciar el hollín disperse de otras partículas.	Puede medir concentraciones de partículas, hollín y partículas suaves suspendidas colectivamente a menos de 0.5 micrones. Pueden usarse diferentes tamaños de membranas para calcular dimensiones aproximadas de partículas en un rango de tamaño definido, como 5 y 20 micrones.	No cuenta partículas fuera del rango específico. No proporciona código ISO. No da información del tamaño, forma, dureza, o composición (a menos que se inspeccionen los sedimentos subsecuentemente por espectrometría XRF).
Conteo Microscópico de Partículas – Estándar relacionado ISO 4407. El aceite se hace pasar por una membrana para excluir partículas hasta cierto tamaño. Posteriormente se miden y cuentan microscópicamente las partículas que quedaron en la superficie de la membrana.	Empleando fluidos aclaradores, por lo general puede evitarse la interferencia del hollín. Puede obtenerse el conteo real de partículas sólidas arriba de 4 micrones. Los resultados pueden reportarse como un código ISO, típicamente sólo dos rangos de números. La forma y color de las partículas pueden caracterizarse visualmente. Partículas inusuales pueden examinarse por su composición por medio de SEM-EDX y otras técnicas.	Implica mucho trabajo, es tedioso y costoso. Los resultados reportados pueden variar de un técnico a otro.
Conteo de Partículas por el Método de Bloqueo de Poro – Estándares relacionados BS 3406, pendiente el estándar ISO. Se emplea una malla calibrada para aproximar el conteo de partículas a ciertas dimensiones por los métodos de incremento de presión o caída de flujo.	Ya que es un método automático de conteo de partículas, las muestras se pueden procesar relativamente rápido sin necesidad de extraer el aire o humedad de la muestra. Generalmente no es influenciado por el color del aceite, hollín o contaminación con agua. Pueden emplearse estándares de calibración NIST fáciles de conseguir. Mide solamente partículas duras. Puede estimar conteos de partículas y códigos ISO (dos rangos de número). No puede medir y dimensionar partículas en un rango de partículas muy amplio.	No puede dar números de código ISO en los tres rangos. No proporciona información de la composición de la partícula, forma o color.
Método de Conteo de Partículas Óptico Automático – Los estándares relacionados son ISO 11500 e ISO 11171. Varios métodos similares, pero las partículas son contadas típicamente por bloqueo de luz por las partículas que pasan enfrente de un haz de luz láser. Se mide la interrupción del haz por medio de un fotodiodo.	Puede contar partículas en un espectro de amplio rango. La configuración automática permite una relativamente alta velocidad de proceso en el laboratorio. Puede proporcionar números de código ISO de tres rangos. Pueden emplearse estándares de calibración NIST fáciles de conseguir. Es un método ampliamente usado y aceptado.	A menos que se emplee un método especial de preparación de la muestra, puede verse afectado por interferencia de agua, hollín y algunos aditivos. Aun una pequeña cantidad de hollín disperse puede saturar el contador de partículas. No brinda información de la composición, forma o color de la partícula. Las partículas semi-sólidas suaves se cuentan junto con las partículas duras rígidas.

Para efectos prácticos, más del 90 por ciento de los laboratorios comerciales emplean sólo contadores ópticos automáticos. Para efectuar conteos de partículas en aceites de motor, estos laboratorios se enfrentan con la opción de adquirir un contador de bloqueo de poro o preparar la muestra de tal forma que se facilite el uso de un contador óptico de partículas. A continuación tenemos algunas sugerencias de métodos de preparación de muestras que pueden permitir que los contadores ópticos se puedan emplear satisfactoriamente con aceites de motor diesel.

Método de Re-suspensión de Partículas: Se necesita pasar el aceite usado de motor, diluido con un solvente ligero, a través de una malla en forma rectangular, que pueda limpiarse por la parte posterior (cuatro micrones). Un fluido hidráulico súper-limpio de baja viscosidad (por ejemplo, MIL-H-5606B) se pasa en dirección inversa a través de la malla para re-suspender las partículas (excluyendo partículas de hollín) para ser contadas subsecuentemente por el contador óptico de partículas (después de agitación, sonificación y deaireación).

Método de Dilución de Aceite: Las muestras de aceite se analizan primero para dispersancia empleando el método de la gota (puede reportarse el valor de dispersancia con los datos del análisis de aceite mientras hace esto). Si el aceite tiene buena dispersancia, una pequeña cantidad de la muestra se diluye 10:1 con aceite de motor SAE 20 seco y súper-limpio. Las partículas de hollín se dividirán finamente y típicamente a menos de medio micrón. La mayoría del agua emulsificada (si la hay) también se solubilizará en el aceite de motor.

La muestra diluida está ahora lista para procesarla con el contador óptico de partículas. No reporta el número de código ISO correspondiente a 4 micrones. Las partículas de hollín dispersas y diluidas caen efectivamente dentro del radar del contador óptico. Para aceites que tienen baja dispersancia, será necesario determinar el conteo de partículas por medio de otro método (como bloqueo de poro o microscópico).

Método Corte por Solvente: Algunos laboratorios han tenido éxito introduciendo un coctel de solventes en una porción de la muestra de aceite, entonces la agitan violentamente para dispersar y separar el hollín antes del conteo de partículas. Hay que estar conscientes de que algunos solventes en realidad coagularán el hollín – lo opuesto de lo que desea conseguir. El objetivo es reducir la concentración del hollín (evitando errores por la coincidencia/saturación de partículas pequeñas) y mantener el hollín sin aglomerarse (disperso). Una partícula de hollín dispersa en forma individual tiene un tamaño inferior a 0.1 micrón y es demasiado pequeña para ser contada por el contador de partículas, El hollín aglomerado puede alcanzar dimensiones de más de 5 micrones.

Todas las tecnologías de análisis de aceite tienen imperfecciones únicas. Entre ellas están algunos problemas asociados con la calibración, precisión, repetitividad, interferencias, compatibilidad con fluidos, falsos negativos y otros. Sin embargo, cuando esas tecnologías, incluyendo el método de preparación de la muestra, son efectuados apropiadamente, pueden obtenerse por lo general resultados valiosos.

Mi opinión es que el contero rutinario de partículas de aceites de motor en servicio se presentará eventualmente a gran escala, especialmente para equipo fuera de carretera. Cada vez más, les he pedido a propietarios de flotas de equipo que soliciten que se incluya el conteo de partículas en su conjunto de pruebas de análisis de aceite. Hemos visto excelentes casos de estudio que validan la importancia de esta práctica. Hacer que tanto los laboratorios como los usuarios se sientan cómodos con este valioso indicador es más que un deseo, es una obligación.