Análisis de desgaste

Jul. 15, 2024

Autor: Comunicación Noria

Última actualización: 07/15/24

Mientras que la mayoría, si no todos los programas de análisis de aceite, incluyen al menos un medio para detectar el desgaste activo de la maquinaria, con mucha frecuencia los problemas pueden pasar desapercibidos o ser mal diagnosticados debido a la falta de comprensión de las fortalezas y debilidades del método de prueba empleado.

Monitorear y controlar problemas que conducen al desgaste activo de la maquinaria es crítico para una estrategia efectiva de análisis de lubricantes. Por esta razón, los usuarios bien educados del análisis de aceite se enfocan en el control y monitoreo de la contaminación, y en asegurar que las propiedades físicas y químicas del aceite se encuentren en buenas condiciones. Sin embargo, no importa qué tan efectivo pueda ser un programa proactivo de lubricación, en cualquier momento un componente comenzará a mostrar señales de desgaste, Aquí es donde entra en juego el análisis del desgaste.

Fuente: Spectro Inc.

Figura 1-Cómo influye el tamaño de partícula en el análisis espectrométrico

Determinando una estrategia

Cuando se trata del análisis de desgaste, hay varios métodos de prueba disponibles. Desde pruebas simples, como la espectrometría de elementos, hasta sofisticadas pruebas como una ferrografía analítica. Cada prueba tiene sus ventajas y limitantes al detectar y analizar el desgaste activo de la maquinaria. Por esta razón, es importante que los usuarios del análisis de lubricantes estén familiarizados y sepan cuáles pruebas son apropiadas para situaciones específicas, permitiendo la selección de la prueba más apropiada para el análisis de rutina y de excepción.

Las pruebas más comunes para el análisis de rutina y excepción son el análisis de elementos, densidad ferrosa, conteo de partículas, fluorescencia por rayos X, ferrografía analítica y LaserNet FinesTM, una técnica prometedora para el análisis de partículas de desgaste.

Análisis de elementos

El análisis de elementos, algunas veces llamado análisis espectrométrico o espectrometría de emisión atómica, es una de las pruebas básicas del análisis de lubricantes. Esta prueba mide la concentración en el lubricante de 15 a 25 elementos atómicos, incluyendo metales de desgaste como el hierro, plomo y estaño; contaminantes como el silicio, sodio y potasio; y aditivos del aceite como el fósforo, cinc y calcio. El análisis de elementos es básico para el análisis de rutina del aceite.

Es importante comprender que los dos espectrómetros de emisión atómica empleados comúnmente, los instrumentos de Plasma Inductivamente Acoplada (ICP, por sus siglas en inglés) y el de Electrodo por Disco Rotatorio (RDE), sufren de la incapacidad para detectar partículas de desgaste más grandes que 3 a 8 micrones, dependiendo de la instrumentación, y son confiables solo para partículas menores a 1 micrón. Aun cuando esta no es una gran limitante para detectar el desgaste incipiente, lento, cualquier sistema propenso a presentar problemas de desgaste adhesivo, desgaste deslizante o desgaste por fatiga, como son los engranajes y rodamientos, es probable que genere partículas mayores a 10 micrones en caso de que se presente un problema de desgaste. Esto puede causar una deficiente sensibilidad de detección, o que los problemas pasen inadvertidos si se confía solo en la prueba de análisis de elementos para la detección de partículas de desgaste. Por este motivo, se aconseja incluir pruebas capaces de detectar esas partículas grandes al definir los conjuntos de pruebas de rutina para componentes altamente cargados, en donde es posible que se presente desgaste adhesivo y fatiga de superficie.

Densidad ferrosa

El término densidad ferrosa describe a varios instrumentos capaces de detectar la presencia de partículas grandes (>5 micrones) de hierro o acero en una muestra de lubricante. Aunque la operación de cada tipo de instrumento está fuera del alcance de este artículo, todos los instrumentos se basan en el magnetismo, ya sea para atrapar o para detectar las partículas ferrosas, utilizando el efecto magnético Hall.

La figura 2 ilustra este método de prueba, conocido como Ferrografía de Lectura Directa (DR, por sus siglas en inglés). En este aparato, la muestra de aceite es bombeada a través de un tubo de precipitados, sujeto a un magneto inclinado a lo largo de este. Conforme la muestra fluye a través del tubo, las partículas ferrosas grandes se separan en uno de los extremos del tubo y son atrapadas por el magneto, mientras que las partículas ferrosas más pequeñas se mantienen en suspensión hasta que estas también se precipitan en el otro extremo del tubo.

Por lo tanto, la cantidad de partículas en ambos rangos de tamaño, equivalentes aproximadamente a las partículas mayores y menores a 5 micrones, pueden determinarse para proporcionar una alerta temprana de un problema de desgaste activo.

Además, analizando la proporción de partículas grandes (partículas ferrosas mayores a 5 micrones) contra las partículas pequeñas (<5 micrones), puede medirse la severidad del problema de desgaste activo y analizar su tendencia en el transcurso del tiempo.

Aunque la prueba de densidad ferrosa debe ser considerada de rutina en cajas de engranajes grandes y otros componentes propensos a mecanismos de desgaste que producen grandes cantidades de partículas ferrosas, esta prueba está limitada a partículas magnéticas y puede no indicar problemas en componentes no ferrosos. De manera similar, las partículas oxidadas (por ejemplo, herrumbre) pueden ser no magnéticas, aun cuando también son un indicativo de desgaste en progreso.

Conteo de partículas

Mientras que muchos usuarios del análisis de lubricantes confían en el conteo de partículas para determinar el nivel de limpieza de un fluido, a menudo hay una confusión al creer que los contadores de partículas siempre miden la cantidad de tierra en el aceite. El código ISO de contaminación sólida reporta el número de partículas en tres rangos de tamaño (>4 micrones, >6 micrones y >14 micrones), sin discriminar entre tierra, partículas no ferrosas de desgaste, partículas ferrosas, etc. Aun así, el código ISO es una excelente herramienta para detectar el inicio de un problema de desgaste activo.

El conteo de partículas tiene dos grandes falencias cuando se utiliza para la detección de partículas de desgaste. La primera es obviamente la incapacidad para diferenciar entre partículas ferrosas y no ferrosas. La segunda, es que a menos que el sistema esté razonablemente limpio, con poco ruido de fondo, con frecuencia será difícil detectar desgaste activo antes de que se convierta en un problema serio debido a las fluctuaciones aleatorias que ocurren con el sistema cuando no está experimentando desgaste. A pesar de esas limitantes, el conteo de partículas ha probado ser altamente efectivo para determinar el inicio del desgaste de un componente.

Tabla 1 – Comparación de las herramientas de detección y análisis de desgaste

Fluorescencia por rayos X

La fluorescencia por rayos X(XRF)es un método de prueba relativamente desconocido, pero que está ganando popularidad gracias al desarrollo de instrumentos que pueden utilizarse para el análisis de elementos en línea y en sitio. El método de prueba es similar al análisis espectrométrico, excepto que en lugar de medir la concentración de elementos utilizando emisión atómica en el rango ultravioleta (UV) visible, XRF trabaja en la región del espectro de los rayos X. De la misma manera en que se utilizan los rayos X como herramienta de diagnóstico médico, la elevada energía de radiación de los rayos X puede penetrar a las partículas, permitiendo la detección de partículas más grandes que el análisis espectrométrico tradicional. Para ser efectivo, es necesario filtrar las partículas para su detección antes de presentarlas al espectrómetro. Esto por lo general se logra utilizando un dispositivo para preparar membrana.

Debido al desarrollo de detectores y fuentes de rayos X de bajo costo, la fluorescencia por rayos X se ha vuelto una herramienta cada vez más importante en el análisis de lubricantes usados.

Ferrografía analítica

Con frecuencia se habla de la ferrografía analítica como el equivalente en el análisis de lubricante a la ciencia forense criminal. El método de prueba reside en una evaluación visual, microscópica, de las partículas, extraídas y depositadas en un porta objetos de un microscopio, llamado ferrograma. Con base en la examinación de la forma, color, detalles del contorno, los efectos magnéticos y otras pruebas de diagnóstico, como el tratamiento térmico y la adición de reactivos químicos, puede hacerse una evaluación de los mecanismos de desgaste activo. Esto permite que un analista experto determine la causa raíz de un problema tribológico específico.

Aunque el análisis ferrográfico es una excelente herramienta cuando se trata de diagnosticar un problema de desgaste activo, también tiene sus limitantes. Esta es una prueba cualitativa, que depende grandemente de la habilidad y conocimientos del analista ferrográfico. Aun cuando puede tener ventajas muy claras, la interpretación es un tanto subjetiva y requiere de conocimiento detallado, no solo de química analítica, sino también de la máquina y las fallas tribológicas. Por otra parte, debido al tiempo y habilidades requeridas para efectuar la prueba, usualmente es considerada muy cara para análisis de lubricante de rutina. Sin embargo, utilizada como una herramienta de excepción cuando se sospecha de un problema de desgaste con base en los resultados de otras pruebas, el análisis ferrográfico es uno de los métodos más reveladores del análisis de desgaste.

Figura3-Partículas comunes de desgasteutilizando ferrografía analítica

LaserNet TM Fines

Una de las técnicas más prometedoras para el análisis de partículas de desgaste que emergió en los últimos años es la del instrumento Laser Net TMF ines. En síntesis, este instrumento utiliza un arreglo CCD (siglas en inglés de dispositivo de carga acoplada)y un software de procesamiento de imágenes para clasificar las partículas por sus formas y tamaños, definiendo las partículas en categorías de desgaste común, como desgaste de corte y desgaste deslizante severo, entre otras. Aunque este método es similar a la ferrografía analítica al intentar caracterizar las partículas con base en su morfología, este método no sufre de la limitante subjetiva de las habilidades del analista. Por esta razón, es probable que LaserNet Fines se convierta en un invaluable instrumento de laboratorio y de campo para ayudar a detectar el desgaste activo.

Aún cuando los usuarios del análisis de lubricante deben enfocarse en iniciativas proactivas, como el monitoreo y control de la contaminación y mantener en buenas condiciones el aceite, de buena calidad, hasta los mejores planes se malogran en algunas ocasiones. Cuando esto sucede, se presenta desgaste en las máquinas. Sin embargo, estableciendo apropiados conjuntos de prueba de rutina y excepción, tanto para detectar como para analizar la causa raíz de problemas comunes de desgaste de la maquinaria, el analista de lubricantes puede reconocer rápida y efectivamente el inicio de un problema y tomar acciones correctivas antes de que el problema alcance un estado crítico.

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

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