Tome con seriedad el asentamiento de partículas y la agitación de las muestras de aceite

Cuando usted lanza una roca en un lago, esta baja, rápido. Las partículas de desgaste son más pesadas que las rocas del mismo tamaño, algunas llegan a pesar entre cuatro a cinco veces más. Por supuesto, mientras más pesado sea el objeto, más rápido bajará. El aceite es viscoso, y esta resistencia puede reducir la velocidad con que se precipitan los objetos, pero no alcanza a impedirlo.

La velocidad con la que los objetos se precipitan en fluidos viscosos es descrita por la ley de Stokes. En resumen, (1) mientras más grande sea el objeto (volumen), (2) mientras más pesado sea el objeto (densidad), (3) mientras más delgado el fluido (menor viscosidad), (4) mientras menor sea la densidad del fluido (el aceite tiene una densidad extremadamente baja), más rápido se precipitará el objeto. Por el contrario, objetos pequeños y de baja densidad, en fluidos altamente viscosos, se asientan con más lentitud.

En el análisis del aceite, esto es importante porque usted quiere saber acerca de las partículas en su aceite, todas las partículas, incluyendo las que pueden dañar los componentes de las máquinas (causa) y las que revelan que ha habido algún daño (efecto), que puede continuar progresando. No hay muchos detalles en el análisis de lubricante que sean más importantes que esto.

Este artículo abordará dos problemas comunes relacionados con el análisis de lubricante que, lamentablemente, a menudo son ignorados, tanto por los usuarios como por los laboratorios. Estos problemas son el muestreo de aceite de las máquinas en reposo (aceite que no circula) y no resuspender correctamente las partículas justo antes del análisis.

Análisis de los datos

Al revisar la investigación sobre la sedimentación de las partículas, descubrí que todos los datos apuntan a la misma conclusión: las partículas son muy inestables en los aceites lubricantes, incluso aquellas que son completamente invisibles a simple vista.

En las Figuras 1 a la 4, se puede ver cómo la ley de Stokes rige la velocidad de descenso de partículas. La Figura 1 revela que las partículas de hierro de 30 micrones pueden descender a una velocidad de 2 centímetros por minuto. La viscosidad es bastante baja, pero esto no es extraño para aceites muy calientes y aceites que han sido diluidos por disolventes antes del análisis en el laboratorio.

La Figura 2 muestra que las partículas de hierro se asientan a una velocidad aproximadamente cinco veces mayor que las partículas de tierra (sílica). En la Figura 3, los datos indican que las partículas de hierro de 100 micrones, que son apenas visibles, pueden sedimentarse 10 centímetros en menos de un minuto en un aceite de motor SAE 15W-40. Por último, en la Figura 4, se ve que partículas de Babbitt de 20 micrones (digamos, de cojinetes planos), extremadamente pequeñas, se asientan 1.25 centímetros en apenas cuatro minutos, en un aceite de turbinas ISO VG 32.

El aceite en reposo origina muestras de aceite no representativas

Con demasiada frecuencia, las muestras de aceite se toman cuando las máquinas están en reposo (no cuando están operando). A veces esto se puede evitar, pero a veces no. Las muestras de aceite tomadas en zona viva son siempre mejores. La circulación mantiene el fluido homogéneo en el momento en que se extrae. La falta de circulación del fluido origina el asentamiento y la sedimentación de las partículas (vea las Figuras 1 a 4). Cuanto más prolongado es el tiempo transcurrido entre el momento en que se apaga una máquina (detención del movimiento del aceite) y el momento en que se extrae la muestra de aceite, menor es el número de partículas que ingresan a la botella de muestreo.

Las partículas son como los datos, que proporcionan información importante que puede prescribir una acción correctiva necesaria. Cuando las partículas se asientan, se pierden datos, lo que impide que usted sea consciente de un conteo de partículas anormalmente alto o una condición de desgaste avanzado de la máquina. Esto produciría un falso negativo en los resultados del análisis de lubricante, es decir, la condición del aceite puede ser reportado falsamente como mejor de lo que en realidad está.

La evidencia de la sedimentación de partículas aparece en el fondo de los tanques y reservorios de aceite. El muestreo del fondo del tanque o reservorio proporciona poca ayuda, ya que los lodos y los sedimentos que se acumulan allí son un cúmulo de datos que abarcan semanas, meses o incluso años y no es representativo de las condiciones actuales, incluyendo la salud del aceite, su nivel de contaminación y la tasa de desgaste activo de la máquina.

La solución obvia es utilizar la técnica de muestreo en zona viva. Si esto no es posible, la documentación de la muestra o su etiqueta debe indicar que la botella contiene una muestra de aceite obtenida con la máquina apagada o en reposo. Esto será tomado en cuenta por el analista cuando interprete los datos.

No todas las pruebas están influenciadas por el muestreo de fluidos en reposo. La Figura 5 muestra las pruebas que tienen un riesgo mayor y menor.

Figura 5 Afectación de resultados de las pruebas por el asentamiento

Asentamiento de partículas en la botella

En mi carrera profesional, he visitado un gran número de laboratorios de análisis de lubricante, incluyendo varios en los últimos dos años. A partir de mis observaciones, concluyo que la gran mayoría de los laboratorios parecen minimizar la importancia de la adecuada agitación de la muestra o tienen la idea errónea de que su método propio es adecuado. De hecho, he visto agitación adecuada, pero es rara. Estándares tales como ASTM D7647 e ISO 11500, que proveen una guía sobre el uso adecuado de contadores de partículas, enfatizan claramente la importancia de la agitación. Por ejemplo, este texto se extrajo de ASTM D7647:

“Homogenizar la muestra agitando el recipiente de la muestra y su contenido en un agitador mecánico. Para muestras de 200 ml o menos, agitar durante un minuto. Para muestras de 200 ml o más, agitar durante tres minutos”.

Hace algunos años supervisé un estudio muy básico sobre la agitación de las muestras. Se prepararon cuatro muestras idénticas utilizando un polvo de ensayo estandarizado (principalmente sílica) como contaminante. Para obtener una línea de base, se analizó una de las cuatro muestras utilizando un contador de partículas recién calibrado (muestra de control), mostrando 1,658 partículas mayores de 10 micrones por mililitro (ver Figura 6). Las tres muestras restantes se dejaron reposar toda la noche.

menos del 2 por ciento del conteo de partículas encontrado en la muestra de control. La muestra 2 se analizó después de cinco minutos de agitación vigorosa con las manos. El conteo de partículas reportó 1,287 partículas o 78 por ciento de la muestra de control. Finalmente, la muestra 3 se analizó después de agitarla cinco minutos en un agitador de pintura. Los resultados fueron casi idénticos a la muestra de control.

En un informe conjunto de la National Fluid Power Association, Caterpillar Inc., Hiac/Royco y Butler Machinery, se hizo hincapié en la importancia de la agitación de la muestra de aceite. El reporte dice que, “la muestra extraída de la botella de muestreo para su análisis debe ser representativa de toda la botella… Dado que la sedimentación y la aglomeración pueden afectar drásticamente el conteo de partículas, las muestras deben agitarse vigorosamente durante tres a cinco minutos en un agitador de pinturas antes de analizarlas… Esto disuelve las partículas acumuladas y las dispersa uniformemente”.

Influencia de las muestras envejecidas

Las muestras que han permanecido en reposo durante períodos prolongados de tiempo (por ejemplo, más de una semana) separan las impurezas insolubles y las partículas en suspensión. Entre estas están la tierra, partículas de desgaste, agua, lodo, óxidos insolubles, glicol, aditivos muertos, insolubles de carbón, polímeros de fricción y ciertos aditivos. Una vez que envejecen, las partículas y las impurezas exhiben fuerzas de cohesión que promueven aglomeraciones en forma de lodos o grupos microscópicos. También se sabe que las partículas se adhieren firmemente a las superficies de las botellas y contenedores. Cuanto más tiempo permanecen estáticas, se adhieren más fuerte (por fuerzas de Van der Waals y fuerzas electrostáticas). Estas aglomeraciones y fuerzas adherentes varían inversamente con el tamaño de partícula; ees decir, las partículas más pequeñas son más difíciles de re-suspender que las partículas más grandes.

Un estudio sobre la necesidad de la agitación de la muestra fue patrocinado por el Naval Air Engineering Center, utilizando ferrografía analítica. Los investigadores descubrieron que incluso las partículas grandes de hierro y acero no se re-suspendían completamente en muestras envejecidas cuando se agitaban a mano. En su estudio, cuando las muestras se agitaron con un agitador de pintura durante dos minutos, aparecieron aproximadamente 47 por ciento más partículas en los primeros 55 milímetros de los portaobjetos del ferrograma en comparación con muestras agitadas vigorosamente a mano durante 30 segundos. Del mismo modo, aparecieron 59 por ciento más partículas en la región de 10 milímetros en los ferrogramas (representando las partículas más pequeñas).

La mejor manera de romper estas aglomeraciones y despegar las partículas de las paredes de los recipientes en las muestras envejecidas es usando un baño ultrasónico seguido de agitación mecánica vigorosa (por ejemplo, con un agitador de pinturas) durante tres minutos. Algunos procedimientos requieren el uso de un baño ultrasónico después de la agitación mecánica para ayudar en la coalescencia de las burbujas de aire antes de desgasificar al vacío. Quizás el mejor método es utilizar el baño ultrasónico antes y después de la agitación mecánica.

Si bien puede ser una ilusión de mi parte esperar que las muestras sean extraídas adecuadamente en la planta y agitadas debidamente en el laboratorio, tengo esperanzas. También estoy consciente de que la agitación adecuada tiene un costo. Sin embargo, también hay un costo para los malos datos del análisis del lubricante. Recuerde que las pruebas del análisis del lubricante que más necesitan agitación son las que más cuestan en los laboratorios y también son las que proporcionan información crítica sobre la salud de la máquina.

Publicado en la revista Machinery Lubrication (4/2015)

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