Análisis Detallado de la Contaminación con Partículas

Este no es el típico artículo acerca de la importancia que tienen el aceite limpio para la salud del lubricante y la confiabilidad de las máquinas, sino que vamos a revisar a fondo las características destructivas que tiene este material casi invisible que cohabita en nuestros lubricantes. Y resulta que hay mucho más acerca de las partículas que sólo su tamaño y conteo. Este artículo analiza a fondo las complejidades de las propiedades físicas y químicas que componen y caracterizan la contaminación con partículas sólidas.

Comenzaré discutiendo 10 características de las partículas que podrían ser interesantes para los tribo-analistas y profesionales de la lubricación. Cada una de esas características o rasgos que influyen en la salud de la maquinaria lubricada. Aunque el nombre de la característica puede ser familiar, el daño que esta provoca puede no serlo. Comencemos con la lista:

Características de la Partícula

Tamaño de Partícula.

Esta se define usualmente como el diámetro esférico equivalente de una partícula en micrones (micrómetros) y describe la capacidad de la partícula para introducirse en el espacio de trabajo de las superficies en movimiento de las máquinas. Cuando las partículas grandes se parten en partículas más pequeñas, tienden a acercarse más al tamaño de los claros dinámicos de la máquina. Mientras más cercano esté el tamaño de la partícula a los claros de operación, más fácilmente se introducirá en éste y provocará abrasión o fatiga de superficie a las superficies opuestas. Por ejemplo, una simple partícula de 40 micrones teóricamente puede dividirse en 512 partículas destructivas de 5 micrones cada una.

Superficie.

Cuando las partículas grandes se parten en partículas más pequeñas, la superficie acumulada en contacto con el aceite se incrementa. Por ejemplo, si usted parte una partícula en 100 piezas del mismo tamaño, tiene aproximadamente 4.5 veces más superficie interfacial. Por lo que en el ejemplo anterior, una partícula de 40 micrones, cuando se divide en partículas de 5 micrones, producirá 8 veces más área de contacto con el aceite. ¿Por qué es importante esto? Mientras hay más superficie en relación a la masa de la partícula, la partícula se asienta con menor velocidad (más tiempo de residencia en el aceite), más atrae y emulsifica agua, más puede incitar reacciones catalíticas con el aceite, más puede atrapar aditivos polares (como agentes anti-desgaste, inhibidores de herrumbre y otros similares), y más burbujas de aire puede nuclear, inhibiendo su eficiencia en el aceite. Esta lista puede aumentar.

Angulosidad/Forma de la Partícula.

Para algunos de ustedes, esto podría no ser importante, pero en el mundo de la tribiología, es sorprendentemente central a la tasa de desgaste causada por las partículas. Las partículas con forma esférica son como rodamientos de bolas, pueden generar muescas en la superficie pero es menos probable que corten o sean abrasivas. Por otro lado, las partículas con formas angulosas (que tienen filo, ángulos agudos entre sus caras) son mucho más propensas a generar abrasión de tres cuerpos (figura 1).

Figura 1. Tasa de Desgaste vs. Angulosidad de la Partícula

Las partículas angulares generalmente son causadas por la trituración (pulverización) de partículas grandes en partículas más pequeñas (Figura 2). Si una partícula esférica se dividió en 100 partículas más pequeñas, con una forma general de cubos, esto podría exponer a las superficies de la máquina a una cuadrilla de demolición de 800 aristas.

Figura 2. Polvo de Rocas de Minería, cantera o Excavación

Dureza.

La dureza se relaciona con la tensión compresiva de una partícula, esto es, su resistencia a la deformación (plástica o elástica) o fragmentación por trituración. La dureza de la partícula con relación a la dureza de la superficie define su habilidad para provocar desgaste y fatiga. Como punto de referencia, las partículas comunes de tierra consisten en su mayoría de sílica y alúmina, las cuales son más duras que una sierra dentada (acero de alta velocidad). Sólo las superficies de cerámica de algunos rodamientos y seguidores de levas pueden ser de dureza similar. En la Tabla 1 se presenta la dureza relativa de algunas partículas comunes.

Tabla 1. Ejemplos de Densidad y Dureza de Partículas

Densidad.

La densidad o gravedad específica influye en qué tanto flota la partícula en aceites lubricantes. Las partículas pesadas se asentarán mucho más rápidamente en tanques y depósitos (tabla 1). Una partícula de babbitt de 20 micrones tardaría 2.8 minutos para asentarse tan solo ½ pulgada en un aceite de turbinas ISO 22. Las partículas pesadas tienen mayor probabilidad de ser removidas por separadores centrífugos. También son más propensas a provocar erosión por impacto en sistemas circulantes de aceite, en donde el aceite fluye a alta velocidad, enviando a las partículas pesadas en trayectorias destructivas.

Composición.

Aunque el polvo del terreno es conocido por el potencial de desgaste que tiene debido a su dureza, también es químicamente inerte. Sin embargo, las partículas de desgaste generadas por el polvo en los lubricantes están muy lejos de ser inertes. Esto se debe al hecho de que esas partículas nacientes con frecuencia están compuestas de hierro, cobre o estaño. A pesar de que son menos duros y abrasivos, los metales de desgaste promueven la oxidación del aceite, lo que a su vez contribuye a la formación de ácidos corrosivos, barniz y lodo.

Polaridad

Muchas partículas tienen afinidades polares únicas o poseen cargas iónicas. Esto puede provocar la transferencia de masa y agotamiento de aditivos polares del aceite, como los agentes anti-desgaste, detergentes, dispersantes y aditivos extrema presión, los cuales son propensos a “irse de aventón” en esas partículas. Las partículas polares también son más propensas a agruparse y obstruir los estrechos pasajes del aceite, conductos y drenajes. Esto se complica si hay agua presente, la cual tiene la tendencia para atraer contaminantes sólidos, promoviendo la acumulación y formación de lodos y emulsiones.

Susceptibilidad Magnética.

Algunos filtros y sensores de desgaste en línea utilizan magnetos permanentes. Las partículas de hierro o acero que se atraen a los campos magnéticos son separadas del aceite por esos dispositivos. Posteriormente, cualquier partícula que pudiera haberse desprendido de esos separadores y sensores (debido a golpes, choques o condiciones de flujo repentino) con frecuencia se magnetiza. Entonces puede adherirse magnéticamente a orificios, glándulas y conductos de aceite de acero, restringiendo el flujo o simplemente interfiriendo con el movimiento de las partes de la máquina. Adicionalmente, los controles direccionales y servo-válvulas comúnmente utilizadas en sistemas hidráulicos hacen uso de electro-imanes en sus solenoides. La actuación de esas válvulas puede afectarse adversamente por la susceptibilidad magnética de las partículas de hierro y acero que son atraídas por el solenoide.

Conductividad.

Finalmente hay una característica positive de la contaminación con partículas. En años recientes, la electrificación de los aceites lubricantes se ha convertido en un mayor y más común problema debido a la alta pureza de los aceites bases que se utilizan frecuentemente por los formuladores de lubricantes.

El aceite circulante puede generar una carga estática en el aceite debido a la fricción molecular. Esto puede conducir a relámpagos en el cuerpo de aceite, cargando el aceite en el paso por arco eléctrico. Las partículas conductivas son efectivas para disipar las cargas, previniendo daño en el aceite por descarga eléctrica. De acuerdo con un estudio, la contaminación con partículas equivalente a un ISO */18/15 fue suficiente para disipar la generación de carga estática en contraste con niveles de contaminación ISO */13/10 o más limpios, lo que conduce a descargas más fuertes.

Una partícula del tamaño, forma y dureza correcta representa un contacto destructivo a la espera de presentarse. Dos de tales partículas multiplican proporcionalmente el riesgo y tasa de desgaste, etc. De hecho, la cantidad total de superficie de material removido podría fácilmente ser de 4 a 10 veces el peso de la partícula dañina original. El riesgo es mayor en máquinas lubricadas por baño o salpique que no cuentan con filtración. Debemos también tener en mente el ciclo reproductivo de la contaminación con partículas – las partículas tienen bebés. Con el tiempo esas pequeñas malcriadas se convierten en criminales, provocando más desgaste y degradación del lubricante. Ni qué decir que controlar el crecimiento poblacional de las partículas es una estrategia efectiva y fundamental en la estabilización de la confiabilidad de la máquina.

Cuatro Maneras en que las Partículas se Llevan su Dinero

Las partículas hurtan su dinero mientras usted duerme. También lo hacen mientras está despierto. Son ladrones hábiles y silenciosos que le quitan a las compañías su preciosa productividad y utilidades. Tristemente, el control la contaminación con partículas raramente está presente en las listas de metas y objetivos de la dirección. Más triste aún, la mayoría de los gerentes no tienen ni la más mínima idea de lo que esos pequeños bandidos están robando a escondidas día con día.

Hay cuatro maneras fundamentales en las que las partículas se llevan su dinero. Aunque no todas son iguales en magnitud, dependiendo de la máquina y aplicación, cada una tiene marcado impacto en la cartera de su compañía.

Remoción de Superficie. Es tan importante como pueda dañar su negocio causando pérdidas significativas de producción y costosas reparaciones.
Restricción de Pasos de Aceite y Partes en Movimiento. Las partículas pueden formar depósitos, pegar partes en movimiento y ocasionar escasez de lubricante en las máquinas. Aunque pudiera no haberse presentado desgaste, también puede contribuir a la interrupción del negocio y costosas reparaciones.
Incremento en el Consumo de Filtros y Lubricantes. Las formas en que las partículas pueden acortar la vida en servicio de los lubricantes y afectar su desempeño son numerosas. El ingreso indiscriminado de partículas conduce a un alto y despilfarrado consumo de filtros.

Mayor Consumo de Energía e Impacto al Medio Ambiente.

Hay una lista casi interminable de formas en que las partículas pueden incrementar la fricción, dañar el desempeño anti-friccionante del lubricante, y disminuir la eficiencia de combustión en motores y la eficiencia volumétrica en sistemas hidráulicos y de lubricación. Mientras más energía y combustible se consume, mayor es la cadena de desechos que se arrojan y contaminan la atmósfera.

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