Ferrografía analítica – Haga que trabaje para usted

Ago. 5, 2014

Autor: Comunicación Noria

Última actualización: 06/21/24

Introducción

Hoy día, la Ferrografía Analítica se encuentra entre las herramientas de diagnóstico más poderosas en el análisis de lubricante. Cuando se implementa correctamente proporciona un enorme retorno de los dólares invertidos en análisis de lubricante. Sin embargo, a menudo es excluida de los programas de análisis de aceite por su elevado costo y por una incomprensión general de su valor. 

El procedimiento de la prueba es lento y requiere de las habilidades de un analista bien entrenado. Por lo tanto, existen costos significativos en la ejecución de la ferrografía analítica que no están presentes en las demás pruebas del análisis de lubricante. Pero, si se toma el tiempo necesario para entender lo que se descubre con la ferrografía analítica, la mayoría está de acuerdo que los beneficios superan significativamente los costos y la incorporan automáticamente cuando se consiguen con un desgaste anormal de los componentes. 

Figura 1. Equipo para preparar ferrogramas, separa las partículas del lubricante 

Fundamentos de la ferrografía analítica

Para realizar la prueba de ferrografía analítica los sólidos suspendidos en el lubricante son separados y sistemáticamente depositados sobre un portaobjeto de vidrio. El portaobjeto es examinado bajo un microscopio para distinguir las partículas de desgaste ferromagnéticas y no ferromagnéticas por su tamaño, concentración, composición, morfología y condición de la superficie.  

Este examen detallado, en efecto, descubre el misterio que se encuentra detrás de un desgaste anormal señalando el componente que se está desgastando, cómo se generó y, a menudo, la causa raíz. 

Ferrograma

La ferrografía analítica comienza con la separación de las partículas magnéticas de desgaste que se encuentran suspendidas en el lubricante utilizando un equipo para preparar ferrogramas (Figura 1). El lubricante se diluye para facilitar el asentamiento y adhesión de las partículas. La muestra diluida fluye sobre un portaobjeto de vidrio especialmente diseñado para la prueba llamado ferrograma. El ferrograma está colocado sobre un cilindro magnético, el cual atrae las partículas ferromagnéticas contenidas en el lubricante (Figura 2). 

Debido al campo magnético, las partículas ferrosas se alinean ellas mismas en cadena a lo largo el ferrograma con las más grandes depositándose a la entrada. Las partículas no ferrosas y los contaminantes, los cuales no son afectados por el campo magnético, viajan aguas abajo y se depositan en forma aleatoria a lo largo del ferrograma. Las partículas ferromagnéticas depositadas sirven como dique de contención para retener las partículas no ferromagnéticas. La ausencia de partículas ferromagnéticas reduce sustancialmente la efectividad para retener partículas no ferromagnéticas. En otras palabras, la captura de las no magnéticas dependerá de la cantidad de magnéticas presentes en la muestra de lubricante. 

Después de que las partículas se han depositado en el ferrograma, este se lava para eliminar cualquier cantidad de lubricante que haya quedado sobre el ferrograma. El solvente de lavado se evapora rápidamente y las partículas permanecen adheridas al ferrograma. Así, ya el ferrograma está listo para ser examinado ópticamente con un microscopio bi-cromático.  

Figura 2. En el ferrograma se separan las partículas del lubricante 

Identificación de las partículas

El ferrograma es examinado bajo un microscopio bicromático polarizado equipado con una cámara digital. El microscopio usa luz reflejada (superior) y transmitida (por debajo) para distinguir el tamaño, la forma, la composición y la condición de la superficie de las partículas ferrosas y no ferrosas (Figura 4). Las partículas son clasificadas para determinar el tipo de desgaste y la fuente de donde proviene. 

La composición de las partículas se divide en seis categorías: blancas no ferrosas, cobre, babbitt, contaminantes, fibras y desgaste de hierro. Para poder identificar la composición, el analista debe calentar el portaobjeto por dos minutos a 320°C (660°F). 

  • Partículas blancas no ferrosas, a menudo aluminio o cromo, aparecen como partículas blancas brillante antes y después del tratamiento térmico del portaobjeto. Se depositan aleatoriamente a lo largo de la superficie del portaobjeto donde las partículas más grandes se adhieren a las cadenas de las partículas ferrosas. Estas cadenas actúan como filtros recogiendo contaminantes, partículas de cobre y babbitt. 
  • Partículas de cobre normalmente las partículas muestran un color amarillo brillante antes y después del tratamiento térmico; sin embargo, la superficie puede cambiar a un verde/gris después del tratamiento térmico. Estas también se depositan aleatoriamente a través de la superficie del portaobjeto, con las más grandes a la entrada del portaobjeto y gradualmente las más pequeñas depositándose hacia la salida. 
  • Partículas de Babbitt a base de plomo y estaño, las partículas de babbitt muestran un color gris, algunas veces con apariencia moteada antes del tratamiento térmico. Después del tratamiento térmico del portaobjeto, estas partículas siguen teniendo un color gris, pero con manchas de color azul y rojo sobre la superficie moteada del objeto. Adicionalmente, después del tratamiento térmico, estas partículas tienden a disminuir su tamaño. De nuevo, estas partículas no ferrosas se depositan aleatoriamente sobre el portaobjeto, pero no encadenadas con las partículas ferrosas. 
  • Contaminantes normalmente polvo (silicio), y otras partículas que no cambian en apariencia después del tratamiento térmico. Aparecen como cristales blancos y son fácilmente identificables porque transmiten luz, es decir, son algo transparentes. Los contaminantes se depositan aleatoriamente sobre el portaobjeto y son retenidas por las cadenas de partículas ferrosas. 
  • Fibras, típicamente de filtros o contaminantes externos, son tiras largas que permiten la transmisión de luz brillante. Aparecen en una variedad de colores y usualmente no cambian de apariencia después del tratamiento térmico. Algunas de estas partículas actúan como filtros, recogiendo otras partículas. Se depositan en cualquier lugar del ferrograma; sin embargo, tienden a ser lavadas hacia la salida del portaobjeto. 

Figura 3. El metal de las aleaciones determina 

si las partículas se alinean en o junto al campo magnético 

Las partículas ferrosas se dividen en cinco categorías diferentes: de alta aleación, de baja aleación, óxidos oscuros metálicos, hierro colado y óxidos rojos. Las partículas de hierro más grandes se depositan a la entrada sobre el portaobjeto y a menudo se agrupan en la parte superior de la otra. Las partículas ferrosas se identifican utilizando la fuente de luz reflejada del microscopio. La luz transmitida es totalmente bloqueada por las partículas. 

  • Acero de alta aleación – las partículas se encuentran en forma de cadenas sobre el portaobjeto y tienen un color gris/blanco antes y después del tratamiento térmico. El factor usado para distinguir entre un acero de alta aleación y una partícula blanca no ferrosa es la posición en el portaobjeto. Si es blanca y aparece en forma de cadena, se considera una partícula de acero de alta aleación. De otra manera, es considerada una partícula blanca no ferrosa. No es muy común encontrar partículas de acero de alta aleación sobre un ferrograma. 
  • Acero de baja aleación – estas partículas también se encuentran en forma de cadenas y tienen una coloración gris-blanca antes del tratamiento térmico, pero cambian de color después de ser tratadas térmicamente. Después del tratamiento usualmente aparecen como partículas con una coloración azul, pudiendo ser también rosa o rojas  
  • Óxidos metálicos oscuros – se depositan en cadenas y de color gris oscuro a negro antes y después del tratamiento térmico. El grado de oscuridad es indicativo del nivel de oxidación. 
  • Hierro colado – las partículas tienen una coloración gris antes del tratamiento térmico y posterior al tratamiento una coloración amarillo paja. Se incorporan en forma de cadenas entre las demás partículas ferrosas. 
  • Óxidos rojos (herrumbre) – la luz polarizada permite identificar rápidamente los óxidos rojos. A veces se encuentran en cadenas con otras partículas ferrosas y otras veces se depositan aleatoriamente sobre la superficie del portaobjetos. Una gran cantidad de partículas pequeñas de óxidos rojos a la salida del portaobjeto se considera un síntoma de desgaste corrosivo. Suele parecérsele al analista como una “playa” de arena roja. 

Después de clasificar la composición de las partículas el analista valora su tamaño utilizando un micrómetro en el microscopio. Partículas con un tamaño de 30 micrones o mayor se les da una calificación de “severo” o “anormal”. Un desgaste severo es en definitiva un signo de una condición de operación anormal del equipo que se está evaluando. 

Figura 4. Los filtros de luz roja y verde le permiten al analista diferenciar 

las partículas de desgaste de materiales orgánicos y translúcidos 

A menudo, la forma de las partículas es otra pista importante para determinar el origen del desgaste. ¿Tiene la partícula forma laminar o áspera? Las partículas laminares son un síntoma de aplastamiento o rolado en cojinetes o áreas con alta presión o contacto lateral. ¿Tienen las partículas estrías en la superficie? Las estrías son una señal de desgaste por deslizamiento. Quizás generado en un área donde ocurre un desprendimiento del metal. ¿Tienen las partículas una forma curva, similar a un sacacorchos? Esta se categoriza como desgaste por corte. Este tipo de desgaste es ocasionado por contaminantes abrasivos encontrados en la máquina. ¿Tiene la partícula forma esférica? Para el analista, estas tienen una apariencia de bolas negras con un centro blanco. Las esferas se generan en las grietas que se forman en los rodamientos por fatiga del material. Un incremento en cantidad es indicativo de delaminado. 

Conclusión

Analizando el tamaño, la forma, el color, los efectos del magnetismo y la luz y el detalle de las superficies de las partículas de desgaste, un analista bien capacitado puede pintar una pintura sobre la naturaleza, la severidad y la causa raíz del degaste. Esta información permite al mantenedor implementar acciones correctivas efectivas. 

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

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