Contadores de partículas

Jul. 5, 2024

Análisis de Aceite

Autor: Comunicación Noria

Última actualización: 12/04/24

Cualquiera que haya asistido a una de las clases de análisis de aceite de Noria, o cualquier clase con un enfoque de mantenimiento proactivo, sabe que los contadores de partículas deben estar en la parte superior de la lista de compras al configurar un programa de análisis de aceite en el sitio.

De hecho, si ya está operando un programa de monitoreo centrado en la vibración, o ha establecido una buena relación con su proveedor de filtros, probablemente le hayan ofrecido un contador automático de partículas en algún momento. Sin embargo, no todas las cosas son iguales en el mundo de los contadores de partículas. Hay muchos factores que deben considerarse antes de comprar un contador de partículas.

La historia de los contadores automáticos de partículas

La tecnología automatizada de conteo de partículas con bloqueo de luz se introdujo por primera vez en la década de 1960. La función básica de un contador automático de partículas con bloqueo de luz es simple; Se proyecta un haz de luz a través del fluido de la muestra; si una partícula bloquea la luz, se produce una caída de energía medible que es aproximadamente proporcional al tamaño de la partícula.

Figura 1. Contador de partículas de bloqueo de luz

Un tipo más moderno de contador de partículas es el contador automático de partículas con dispersión de luz. Al igual que con el método de bloqueo de la luz, las partículas producen una interferencia medible en la transmisión de luz a través de la muestra en la celda de dispersión de luz. Sin embargo, en lugar de una simple luz blanca, este método emplea un láser. La luz altamente enfocada emitida es interrumpida por una partícula, produciendo un efecto de dispersión.

El aumento de energía a través del área de muestreo se mide con este tipo de contador de partículas, justo lo opuesto al método de bloqueo de la luz (Figura 2). Hay muy pocos OEM de sensores láser a pesar de la variedad de instrumentos disponibles en el mercado. Muchos han sido re envasados y de marca privada.

Figura 2. Contador de partículas de dispersión de luz

Los contadores de partículas automáticos originales se calibraron utilizando esferas de látex, lo que condujo a un software que calculaba las áreas sombreadas como dimensiones circulares. Sin embargo, estas esferas de látex ya no se usan en la calibración de contadores de partículas automáticos para aceites porque, entre otras cosas, el látex se hincha y crea imprecisiones.

Una muestra de aceite puede contener una multitud de problemas, que pueden interferir con el objetivo de contar y dimensionar con precisión las partículas sólidas. El problema más común son las burbujas de aire arrastradas y las gotas de agua, que dispersan y bloquean la luz, y el contador óptico automático de partículas las cuenta erróneamente como partículas.

Este método no es adecuado para emulsiones de aceite y agua que se usan comúnmente en sistemas hidráulicos por sus propiedades resistentes al fuego.

Sin una preparación especial de la muestra, un contador óptico de partículas no funciona bien con fluidos oscuros o fluidos muy contaminados con limo o hollín. Estas condiciones pueden producir el llamado error de coincidencia o, en casos extremos, pueden evitar por completo la transmisión de la luz.

La investigación actual está tratando de identifiºcar si se pueden superar los problemas con los glicoles de agua y los aceites cargados de hollín que utilizan contadores de partículas automáticos de dispersión de luz basados en láser.

Como un enfoque alternativo a la tecnología histórica de bloqueo de la luz o la tecnología más moderna de dispersión de la luz, el Dr. Trevor Hunt y James Fitch patentaron independientemente las variaciones de la medición de bloqueo de malla o poro. El principio básico es el mismo para ambos métodos: las partículas producen un bloqueo medible del ujo de uido a través de una pantalla de malla calibrada.

En la versión Hunt, el instrumento mide el diferencial de presión en la pantalla, por lo que la velocidad de flujo debe mantenerse constante. El método Fitch mide el diferencial de flujo a través de la pantalla, lo que requiere que la presión aplicada se mantenga constante (Figura 3).

En ambos casos, el foco de la medición es una partícula sólida. La presencia de aire y / o agua en el fluido no afecta la precisión de un contador de partículas de bloqueo de poros, ni el color ni la opacidad del fluido.

Sin embargo, aunque generalmente es preciso para medir la concentración total de sólidos por encima del tamaño de poro de la pantalla que se usa, los contadores de partículas de tipo de bloqueo de poros deben estimar la distribución de tamaño de partículas por extrapolación.

Figura 3. Acumulación de partículas en la pantalla del contador automático de partículas.

Otra opción es la nueva técnica de análisis de imágenes, que adopta un enfoque completamente diferente para el recuento de partículas. El fluido que fluye a través del área de prueba se fotografía digitalmente. El área de superficie de una partícula se mide en un plano bidimensional, luego se registra con fines de conteo.

La forma de la partícula se evalúa simultáneamente durante la prueba; entonces, además de clasificar la partícula por tamaño, el instrumento la clasifica en términos generales del mecanismo de desgaste que podría haberla producido.

Esta forma, o capacidad de análisis morfológico, permite al instrumento excluir partículas perfectamente redondas del conteo, que se presume que son aire o agua. En consecuencia, además de discriminar el aire y el agua de las partículas sólidas, la tecnología de análisis de imágenes puede proporcionar cierta información sobre el contenido de aire y agua en función de la redondez y / o la opacidad.

Existen numerosas unidades ópticas y dos unidades de bloqueo de poros en el mercado. No todas las unidades de conteo de partículas ofrecen el mismo rendimiento o especificación. Del mismo modo, existe un desacuerdo entre los expertos sobre si el bloqueo de poros constituye un recuento de partículas o una tendencia de contaminantes sólidos.

Esto genera incertidumbre acerca de qué tipo de dispositivo de conteo o monitoreo de partículas debe comprar el técnico de monitoreo de la condición del lubricante en la planta.

Desentrañar el dilema

Hay numerosos factores a considerar al comprar un contador de partículas. Estos incluyen (no en orden de importancia) la demanda de precisión de distribución, los tipos de fluidos probados, los contaminantes que normalmente se encontrarán, la complejidad de los requisitos de procedimiento y varios factores indirectos que podrían influir en su elección.

Precisión de distribución de partículas

Al considerar la compra de un dispositivo de conteo o monitoreo de partículas, uno debe decidir si el conteo de partículas o la tendencia de la concentración de partículas es el objetivo final. Se puede requerir un contador de partículas si el recuento de partículas se utilizará para certificar la limpieza del fluido o si la intención es la investigación general.

Los contadores de partículas ópticas estiman el tamaño de cada partícula en función del cambio en la energía de la luz a través del área de ujo de muestra en el instrumento. Una gran depresión energética, si es un contador de partículas de bloqueo de luz, o un pico de energía grande si es un contador de partículas de dispersión de luz, sugiere una partícula proporcionalmente grande.

Si bien puede producirse un error debido a la orientación de la partícula y otros factores, el método óptico generalmente es efectivo para estimar el tamaño de cada partícula.

El contador de bloqueo de poros no cuenta partículas individualmente; más bien mide la influencia colectiva que tiene toda la población de partículas en el flujo de fluido a través de la pantalla. Un recuento de partículas requiere una medida de varios tamaños diferentes de partículas.

Esto es particularmente cierto en el caso del NAS 1638, que define una serie de rangos de tamaño a medir, y requiere un recuento de partículas utilizando un microscopio o un contador óptico automático de partículas. Si la distribución del tamaño de partícula es importante en un programa avanzado de análisis de aceite en el sitio, entonces se requiere un contador óptico automático de partículas.

En un programa proactivo de análisis de aceite en el sitio, donde el objetivo principal es medir y marcar la limpieza general del fluido, funcionarán tanto los métodos ópticos como los de bloqueo de poros.

El método óptico puede requerir mucha más atención al detalle del procedimiento y puede no ser adecuado para algunos fluidos, pero ofrece la flexibilidad para analizar la distribución del tamaño de partícula, en caso de ser necesario. El método de bloqueo de poros es simple desde el punto de vista del procedimiento: solo agite la botella de muestra y pruebe.

Tipos de fluidos probados

Además de la necesidad de precisión en la distribución, también se deben considerar los fluidos utilizados y los contaminantes típicos en las diversas aplicaciones a monitorear. Como se discutió anteriormente, el conteo de partículas ópticas está influenciado por una serie de factores: aireación , agua, fluidos oscuros, fluidos muy contaminados y preparación de muestras.

La mayoría de estos factores pueden corregirse mediante procedimientos de preparación de muestras. De lo contrario, los contadores ópticos automáticos de partículas se aplican mejor a máquinas en las que el fluido es típicamente limpio, seco y transparente (por ejemplo, sistemas hidráulicos y turbinas), pero no es adecuado para emulsiones o aceites oscuros, como el aceite de motor diésel.

Algunos argumentan que contar el agua y la aireación es importante al identificar el nivel de contaminación inclusivo; otros dicen que es importante cumplir con la definición de un recuento de partículas sólidas y los estándares internacionales correspondientes.

Como tal, puede ser preferible emplear un método alternativo que pueda discriminar efectivamente entre diferentes fuentes de variación de medición (validez discriminante).

El método de bloqueo de poros no emplea ninguna fuente de luz, por lo que los factores que in fluyen en la transmisión de la luz no afectan su rendimiento. Ha demostrado ser adecuado para probar aceites oscuros como el aceite de motor y aceites ligeros. El agua y el aire no afectan su rendimiento, por lo que las emulsiones y las emulsiones invertidas de aceite y agua se pueden probar con este método.

Requisitos de procedimiento

Para obtener un recuento preciso de partículas, las partículas primero deben suspenderse de manera homogénea en la muestra, de la forma en que se encuentran en la máquina, y luego probarse dentro de unos pocos minutos de agitación (el tiempo permitido depende de la viscosidad del fluido).

Para lograr esta suspensión homogénea, se debe usar un dispositivo de agitación violento, como un agitador de pintura, que se puede encontrar en una ferretería o tienda de suministros de construcción para preparar la pintura para su uso.

Después de agitar, la muestra debe estar preparada para eliminar las interferencias. Con contadores de partículas ópticas, puede ser necesario detectar agua. Si hay agua presente, la muestra debe deshidratarse o tratarse al vacío, como con una solución de tolueno e isopropanol.

El agua se disuelve en el isopropanol, el isopropanol se disuelve en el tolueno y el tolueno se disuelve en el aceite. Cuando el agua se disuelve de esta manera en el aceite, no puede interferir con el contador de partículas. Si el fluido es tratado por agua, será necesario resuspender las partículas con el agitador de pintura.

Una vez que la muestra se ha limpiado con respecto al agua, se debe eliminar el aire. En ISO 11500 se identifican dos métodos: un baño ultrasónico, que sirve para unir las burbujas, y la desgasificación al vacío, que extrae las burbujas del aceite. La mayoría prefiere que se usen ambos: primero el baño ultrasónico, luego la cámara de vacío.

Cuando se utilizan unidades de tecnología de luz o malla en línea, es necesario permitir un tiempo de descarga suficiente para garantizar que las mangueras de muestreo de la unidad estén completamente limpias antes de aceptar una lectura. El tiempo de descarga en algunas unidades es jo, mientras que en otras puede ser anulado por el usuario, lo que puede ser ventajoso cuando se investiga en una ubicación ja.

En este caso, asegúrese de que los parámetros de configuración se puedan configurar y que se configuren de manera consistente para cada aplicación para evitar datos erróneos. Una vez que la muestra se ha limpiado para agua y aire, y el instrumento se ha lavado adecuadamente, está listo para la prueba.

Consideraciones varias

Aquí hay algunas otras cosas a tener en cuenta al elegir un contador de partículas:

  • Identificación de muestra / máquina: es importante que esté disponible la capacidad de ingresar una identidad fija, como un código de barras o una señal de radio desde el puerto a la memoria de la unidad mientras se realiza una prueba. Esto minimiza los errores y da como resultado la carga precisa de datos sin crear accidentalmente nuevas identidades en la jerarquía de trenes de máquinas y plantas del software.
  • Algunas personas prefieren, cuando trabajan con contadores ópticos automáticos de partículas, una bomba de a bordo para controlar el caudal. Aunque en unidades portátiles, esto significa que una manguera de desechos deberá dirigirse al tanque o al contenedor de desechos. El factor de conveniencia permite extraer una muestra en línea de un tanque o depósito.
  • Al seleccionar una unidad portátil para caminar, para facilitar la operación, asegúrese de que sea cómoda de transportar, preferiblemente con un estuche o bolsa adecuada que permita el almacenamiento de artículos adicionales como las mangueras.
  • Al seleccionar un sistema montado en banco, asegúrese de que se ajuste cómodamente dentro del área de trabajo con acceso a energía y posiblemente al vacío o aire comprimido para la unidad de muestreo de botellas.
  • En la industria aeroespacial civil y el sector de fabricación de automóviles, donde se utilizan ciertos fluidos de tipo éster, se requiere una unidad con sellos y materiales especiales.
  • Cuando utilice un contador óptico de partículas en línea, asegúrese de que la presión de la línea sea suficiente para eliminar la interferencia de las burbujas de aire, o que el contador de partículas en sí mismo maneje el aire.Si no existen líneas de flujo en la máquina para las cuales se desea monitoreo en línea, puede ser necesario comprar una unidad con una bomba incorporada que pueda extraer una muestra de sumideros y tanques. Si bien estos modelos tienen una línea de drenaje, es posible que no lleguen a un punto de eliminación adecuado en el sistema, por lo que puede ser necesario un pequeño contenedor de desechos para el lavado y el fluido de muestra. Debe evitar verter este líquido nuevamente en el sistema a menos que el recipiente se mantenga inmaculadamente y no exista riesgo de contaminación cruzada.
  • Al igual que con cualquier unidad, independientemente de su uso previsto, tenga en cuenta la ubicación del centro de servicio, su capacidad para reparar o reparar rápidamente el equipo, o prestar el equipo si es necesario. Considere también los costos operativos, la frecuencia de calibración y si un técnico competente puede realizar una validación de calibración en el sitio.

Aplicación y uso

En última instancia, la aplicación debe dictar su elección. Los contadores de partículas se utilizan en una variedad de aplicaciones diferentes, que incluyen análisis de aceite de laboratorio de servicio completo, pequeños laboratorios de análisis de aceite en el sitio, monitoreo continuo en línea de la máquina, monitoreo de condición de recorrido, bancos de pruebas y plataformas de lavado, por nombrar algunos. El contador de partículas que seleccione debe adaptarse mejor a su aplicación específica: generalmente exploraremos estas diversas aplicaciones.

Monitoreo de la condición de la máquina en el sitio y control de la contaminación

La elección de una aplicación de monitoreo de la condición de la máquina en el sitio es entre muestras de botella y medición directa en línea, permanente o de otro tipo. Por lo general, es útil tener ambas capacidades, por supuesto, ya que se pueden realizar otras pruebas de aceite de rutina (como agua y viscosidad) en la misma muestra de botella.

Por otro lado, un montaje permanente o una unidad portátil puede justificarse para una máquina crítica. Para las mediciones con una unidad portátil, las conexiones primarias y secundarias a un sistema permiten que las pruebas no conformes se repitan de inmediato y posiblemente solucionen el problema (como la inspección de filtros y respiradores).

Esto requerirá conexiones de conexión rápida, y algunas unidades pueden requerir un colector personalizado. La mayoría de los contadores de partículas portátiles funcionan con los accesorios de estilo minimess, pero instale válvulas y puertos con cuidado: evite largas y estancadas longitudes de tubería y zonas de flujo laminar, o áreas donde puedan existir importantes bolsas de aire.

Si desea un recuento de partículas portátil, muchos contadores de partículas ópticas y ambos contadores de partículas de bloqueo de poros pueden satisfacer esta necesidad, con diversos grados de simplicidad. Si desea contar las partículas en línea a tiempo completo, los métodos de bloqueo óptico y de presión diferencial de poro funcionarán.

La cuestión de si un contador óptico automático de partículas o un dispositivo de bloqueo de poros se adapta mejor a usted se reduce a los fluidos que está probando, su demanda de precisión de distribución del tamaño de partícula, simplicidad de procedimiento y las otras consideraciones discutidas anteriormente.

Si prueba principalmente sistemas con aceite claro y limpio, como aceite de turbina y fluido hidráulico, cualquiera de las tecnologías funcionará. Si prueba una gama más amplia de fluidos que pueden incluir aceites de motor u otros fluidos oscuros, fluidos resistentes al fuego a base de agua , aceite para engranajes pesados y / o fluidos pesados que frecuentemente contienen agua, el método de bloqueo de poros puede brindarle más flexibilidad.

Si el conteo de partículas se considera como una extensión de un programa de monitoreo de condición de máquina basado en análisis de vibración (VA), ese proveedor de hardware y software de VA ya puede proporcionar herramientas adicionales de análisis de aceite que incluyen un contador de partículas o una unidad de tendencia con las interfaces necesarias en su software de monitoreo de condición (CM).

La interconexión de datos de recuento de partículas o códigos de limpieza ISO dentro del software CM puede ser un precursor de problemas alarmantes, que pueden resolverse mediante análisis avanzado de aceite o análisis de vibración. Si la unidad de su proveedor no ofrece este tipo de interfaz, asegúrese de que esté dispuesto a proporcionar los datos de salida del instrumento para que puedan importarse al software CM.

Por supuesto, los elementos enumerados anteriormente requieren que la unidad tenga un puerto de comunicación, preferiblemente uno fácilmente conectado entre la computadora y el contador automático de partículas para cargar los resultados. Si bien estos puertos son típicamente de estilo RS232, limitan la longitud del cable y requieren un puerto serie libre (aunque las conexiones USB han eliminado este problema de compartir con el mouse).

Limpieza de Roll-O y Control de Calidad del Proceso

Si necesita un contador de partículas para monitorear la limpieza de los fluidos en la maquinaria nueva o reconstruida, o para el control de calidad de los fluidos de proceso y fluidos para trabajar metales, entonces existe un conjunto diferente de parámetros. Una unidad portátil en línea puede ser la más conveniente porque puede llevarse a diferentes sitios.

Para fines de calificación donde se requiere la conformidad con un recuento de partículas específico, el uso de un dispositivo de bloqueo de poros podría usarse mejor solo para la detección durante el proceso de lavado para indicar cuándo se puede extraer una muestra para un recuento de partículas microscópico o un recuento óptico automático. Asegúrese de que la unidad sea lo suficientemente portátil, resistente y pueda imprimir datos (o al menos almacenarlos para cargarlos más adelante). Los requisitos son similares a una unidad utilizada para el monitoreo de la condición, pero el almacenamiento de datos es algo diferente. Los programas propietarios que a menudo se proporcionan con una unidad suelen ser suficientes; pero si es necesario almacenar los datos en otro lugar, asegúrese de que los datos de salida estén disponibles.

En aplicaciones tales como en bancos de pruebas y plataformas de fabricación con fines de control de calidad, los fabricantes de equipos originales a menudo usan contadores de partículas para determinar si el fluido está lo suficientemente limpio como para cumplir con los estándares (por ejemplo, enjuagar culatas o llenar subconjuntos sellados de por vida).

Esto requiere una unidad totalmente automatizada, por lo que el control del instrumento por PLC o PC es crucial, y el protocolo de comunicación es otra consideración importante. Dada la cantidad de pruebas que estas unidades pueden entregar en poco tiempo, la confiabilidad extendida y los intervalos de servicio son importantes. En estos sistemas totalmente automatizados, el método óptico o el método de bloqueo de poros de presión diferencial deberían funcionar satisfactoriamente.

Es solo después de considerar todos estos factores que una empresa debe decidir sobre el contador de partículas que mejor se adapte a sus necesidades. Pese sus opciones con cuidado. Cuando se selecciona y se usa correctamente, un contador de partículas es una herramienta indispensable para garantizar la limpieza de la caída y para el monitoreo rutinario del estado de la máquina.

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

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