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En 1982, Daniel Anderson publicó su influyente libro Wear Particle Atlas, que describe, mide y clasifica las partículas que se encuentran en el petróleo.
Las partículas de mayor importancia son los metales de desgaste, aunque también se identifican otras partículas, como fibras y materiales extraños.
Todavía ampliamente utilizado como referente hoy en día, Wear Particle Atlas sirve como referencia fundamental para las diversas técnicas de partículas de desgaste que se están desarrollando actualmente. Esto incluye enfoques tanto microscópicos como digitales.
La evaluación microscópica de partículas requiere que las partículas se depositen sobre una superficie estática y se inspeccionen con un microscopio. Las técnicas de identificación digital de partículas miden los píxeles asociados con las partículas, que se miden dinámicamente a medida que pasan por un conjunto de detectores.
La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés) participa activamente en el desarrollo de estándares para mejorar el valor y la utilidad de ambos enfoques.
Evaluación microscópica de partículas de desgaste
El uso de un microscopio para inspeccionar las partículas extraídas de las muestras de aceite es una poderosa técnica avanzada de control de la condición del aceite y es de uso universal. Cuando ASTM creó el estándar, descubrió que la comunidad de usuarios finales no aplicaba de manera uniforme la clasificación e identificación de las partículas.
Como resultado, se escribió el estándar ASTM D7684 para estandarizar la terminología y la descripción de las formas, texturas y colores de las partículas. Las normas ASTM D7670 (prueba de membrana) y D7690 (ferrografía) se escribieron para respaldar los métodos de prueba que se pueden usar para separar y depositar las partículas del aceite en membranas o sustratos de vidrio para su análisis visual.
Si bien esta técnica se usa ampliamente, existen varios problemas con este antiguo y confiable método. La evaluación microscópica de partículas requiere un ojo entrenado y experimentado. El conocimiento tanto de la morfología de las partículas como de la metalurgia de la maquinaria es un requisito para ejecutar correctamente la evaluación de partículas microscópicas.
Además de la subjetividad de este método, los reportes de la inspección de partículas microscópicas no están estandarizados. Muchas organizaciones tienen procesos que producen un informe basado en una sola muestra que aborda varias caracterizaciones de partículas utilizando una escala de “pocas a muchas”. Esta escala describe la densidad de los distintos tipos de partículas encontradas. Los reportes de otras organizaciones amplían este concepto pero muestran muestras anteriores en un formato tabular para proporcionar indicaciones comparativas de la condición de la máquina.
Un nuevo concepto para reportes de análisis de partículas de desgaste
Para abordar el concepto de estandarizar los reportes de análisis de partículas de desgaste, los miembros del Subcomité ASTM D02 CS96 introdujeron un concepto mejorado que se publicó en las Guías y prácticas estándar de ASTM STP1634 que respaldan la industria de monitoreo de condición de los lubricantes.
El concepto de documentar caracterizaciones comparativas de partículas se amplió para incluir un paso para identificar los tipos de partículas presentes y caracterizar seis atributos comunes a cada tipo de partícula.
Los atributos de la partícula incluyen:
- Densidad relativa o concentración de cada tipo de partícula en comparación con otras partículas que se examinan.
- Tamaño típico observado.
- Tamaño máximo observado.
- Textura.
- Color.
- Composición.
Los resultados de la clasificación de atributos de cada tipo de partícula luego se incorporan a una herramienta de tendencias, lo que permite al evaluador monitorear los cambios en los atributos de las partículas y los tipos de partículas presentes. Estos conceptos innovadores todavía están bajo discusión dentro de ASTM.
El conteo de partículas y el impacto de las imágenes digitales
Las técnicas históricas de conteo de partículas no diferencian entre partículas duras y blandas o partículas que son gotas de agua microscópicas o burbujas de aire. Esta falta de detalle requiere que se hagan suposiciones estadísticas sobre el nivel y tipo de daño que puede causar un grupo de partículas. Las herramientas digitales que permiten la medición de partículas pueden identificar y dimensionar tanto las gotas de agua como las burbujas de aire.
En algunos casos, como cuando hay aire atrapado, emulsión de agua o espuma, la presencia y concentración de gotas de agua o burbujas de aire puede ser de gran interés. En otros casos, los metales resistentes al desgaste son la principal preocupación ya que se relacionan con la condición de la máquina. En este caso, las burbujas y las gotitas pueden convertirse en información engañosa. Poder descontar gotas, burbujas o metales desgastados de la población hace que el análisis digital de partículas sea más poderoso. El uso de una matriz de fotos hace que estas decisiones sean posibles.
El reconocimiento digital de partículas de aceite utiliza matrices bidimensionales de píxeles que comprenden partículas. Se utiliza una cámara para esta medición y se puede emplear:
- En una posición fija sobre un grupo estático de partículas.
- En un sistema dinámico en el que una fina capa de partículas pasa por delante de la cámara y se miden a medida que pasan a través del conjunto.
Las caracterizaciones de partículas se realizan a nivel de píxel a través de la forma y el color. La información resultante se organiza aplicando una serie de reglas para determinar los atributos de las partículas y las formas generales básicas. Hay instrumentación disponible en el mercado para medir digitalmente partículas en el aceite. La norma ASTM D7596 está vigente para lograr esto.
El siguiente paso necesario para mejorar la calidad de los datos digitales es desarrollar terminología, definiciones y metodología de tecnología común sobre cómo se asigna la información de píxeles a los tipos de partículas. Al hacerlo, el usuario final puede esperar una caracterización de partículas uniforme, independientemente de la tecnología que se utilice. Mejorar y estandarizar el uso de imágenes digitales para el análisis de partículas de desgaste es un esfuerzo continuo de ASTM.
El comité D02 de ASTM brinda a la industria de monitoreo de condiciones una voz y un lugar para mejorar la profesión y la tecnología. El subcomité D02 CS96 administra y crea estándares de monitoreo de condición de lubricantes en servicio. La responsabilidad principal del subcomité es desarrollar estándares que promuevan el conocimiento y la innovación mientras aseguran que se realicen las pruebas adecuadas y que los datos resultantes se implementen correctamente.
Las preguntas sobre el Subcomité CS96 de ASTM pueden dirigirse a la Presidenta del Subcomité CS96, Lisa Williams, a [email protected]
ASTM International, una organización de estándares global impulsada por voluntarios, desempeña un papel importante en la industria actual de monitoreo de condiciones. ASTM es conocida por los métodos de prueba de laboratorio que brindan instrucciones para obtener datos consistentes y confiables. Además de los métodos de prueba, los productos de ASTM incluyen guías y prácticas que brindan recomendaciones prácticas útiles, algunas de las cuales incluyen la aceptación de pruebas y criterios de nivel de acción que se pueden usar para mejorar la eficacia de las prácticas comunes de mantenimiento y en el uso de datos de prueba de monitoreo de condición. ASTM es una fuente de investigación e innovación que ha dado y seguirá dando forma al futuro de la industria del monitoreo de condiciones.
Agradecimientos
Un agradecimiento especial a K. Shamabanse, Palo Verde y T. Canty, Canty Process Technology.