Racionalización de pruebas de laboratorio para la medición de contaminantes insolubles en aceites lubricantes

Abr. 10, 2023

Análisis de Lubricantes

Autor: Noria Latín América

Última actualización: 09/14/23

Los lubricantes son componentes esenciales y costosos de las máquinas y necesitan muestreo, análisis y monitoreo. El monitoreo puede ser por medio de una prueba de desempeño o un análisis de la condición del aceite. El conocimiento de los modos de falla críticos del sistema es esencial para un monitoreo rentable del aceite y la maquinaria. La determinación de contaminantes insolubles en el aceite lubricante es uno de los parámetros generalmente recomendados para evaluar la condición del aceite lubricante en servicio. 

El presente estudio proporciona una evaluación comparativa de dos pruebas diferentes que miden contaminantes insolubles en el aceite lubricante. El objetivo de este estudio es comparar las pruebas existentes y adoptar la prueba más efectiva para medir los contaminantes insolubles en el aceite lubricante. 

La primera prueba utiliza el método gravimétrico a través de un filtro (prueba de membrana) para medir el peso de los contaminantes insolubles, mientras que la segunda prueba utiliza fuerzas centrífugas a altas velocidades (ultracentrífuga) para la medición. En este estudio se utilizaron un total de 305 muestras de aceite lubricante diferentes para ambas pruebas, donde los resultados se analizan críticamente y se comparan entre sí. Además, las pruebas se evalúan en términos de eficiencia y seguridad.

Introducción

El aceite de lubricación es una fuente de información importante para la detección temprana de fallas en las máquinas, al igual que el rol de las pruebas sobre muestras de sangre humana en la detección de enfermedades. El estado del aceite de lubricación y su sistema de circulación reflejan el estado de salud de la maquinaria y sus componentes. La contaminación en el aceite lubricante es la principal causa de fallas en los equipos rotativos en la industria. El impacto de esta contaminación es exponencial en la confiabilidad de la maquinaria a lo largo del tiempo. 

La degradación del aceite lubricante puede ser el resultado de acciones tanto físicas como químicas, generadas internamente o por contaminaciones externas. Debe recordarse que los lubricantes suelen ser mezclas complejas de aditivos químicos en una variedad de aceites base. Dado que estos lubricantes terminados a menudo están diseñados específicamente para aplicaciones particulares, la exposición de los lubricantes a condiciones y materiales de los componentes para los que no están destinados puede acelerar el deterioro del lubricante y provocar daños en la máquina. El control de la contaminación es el factor primordial necesario para garantizar la confiabilidad de la maquinaria y preservar la integridad del sistema. Por lo tanto, es fundamental identificar la presencia de contaminantes para eliminar posibles fallas catastróficas de la máquina mediante la implementación de acciones correctivas oportunas. 

Existen diferentes métodos de prueba utilizados en la industria para medir los contaminantes en el aceite lubricante. Actualmente, se utilizan dos métodos de prueba para medir contaminantes insolubles, y estas pruebas son parte de la lista de ensayos regulares para tipos específicos de aceites lubricantes. Los contaminantes insolubles en aceites hidráulicos, de transmisión, de refrigeración y en aceites sintéticos para turbinas se miden por el método gravimétrico (prueba de membrana), mientras que los aceites restantes se miden mediante análisis de centrífuga de alta velocidad (ultracentrífuga). Como el objetivo de ambas pruebas es idéntico, se decidió evaluar ambos métodos de prueba correlacionando sus resultados, con el objetivo de mantener una sola prueba para medir los contaminantes insolubles en el aceite lubricante, independientemente del tipo de aceite lubricante. 

El estudio se llevó a cabo para buscar sustituir el análisis de membrana por una prueba de ultracentrífuga (UC) para determinar los contaminantes insolubles mediante la realización de análisis simultáneos, es decir, métodos gravimétricos y centrífugos en varias muestras de aceite lubricante. 

Metodología

Las metodologías de prueba populares que se siguen en el laboratorio para medir contaminantes insolubles en aceites lubricantes son:

1. Análisis gravimétrico

Este método de prueba cubre la determinación de contaminación por insolubles en aceites lubricantes mediante análisis gravimétrico. La contaminación determinada incluye tanto material particulado como gel, orgánico e inorgánico, que se retiene en una membrana filtrante. Los insolubles en el aceite lubricante se determinan mediante un volumen conocido de la muestra filtrada a través de una membrana de 1.2 µm previamente pesada, y luego se determina el aumento de peso después de lavarla y secarla. El contenido total de contaminantes de la muestra en particular está determinado por el aumento en el peso de la membrana filtrante. Este es un método manual y el técnico está expuesto a dos solventes: queroseno para disolver el aceite y éter de petróleo para eliminar el aceite del filtro. Este es un proceso que consume mucho tiempo.

2. Método centrífugo

Una pequeña cantidad de muestra de aceite lubricante se coloca en un tubo de ensayo y se procesa durante 30 minutos a 17,000 RPM en una ultracentrífuga refrigerada. 

Al someter la muestra a fuerzas G, los contaminantes insolubles se pueden extraer con diferentes tamaños o densidades a temperaturas controladas. La densidad del material aglomerado en el fondo del tubo de ensayo se compara visualmente con un gráfico de referencia. Las formas en la lectura del cuadro de referencia varían de 0 (la más limpia) a 8 (la más contaminada). Cuando el valor de UC excede 2, se observa una condición marginal. 

Un valor de UC superior a 5 se considera un resultado crítico. En este método, no se usa solvente y no se requiere el procesamiento de muestras para determinar el nivel de contaminación.

Pros y contras:

Los pros y los contras de ambas metodologías discutidas se enumeran en la tabla 1 a continuación:

Tabla 1: Ventajas y desventajas de la prueba de membrana frente a la prueba de ultracentrífuga
Resultados y discusiones

Se analizaron 305 muestras de aceite lubricante de transmisión, refrigeración, fluidos hidráulicos y sintéticos de turbinas, que se analizaron simultáneamente para detectar contaminación insoluble por el método gravimétrico y de ultracentrífuga. Los resultados son compatibles y muestran linealidad por ambos métodos. La comparación de contaminantes insolubles en las 305 muestras de aceite lubricante analizadas mostró que los resultados por método gravimétrico varían de 2 ppm a 414 ppm, mientras que los valores de UC se encuentran entre 0 y 8. Tres muestras se desviaron de la linealidad, pero fueron positivas en la prueba de crepitación y tenía un alto contenido de agua. Los resultados de estas tres muestras no fueron considerados para determinar la equivalencia de los valores obtenidos por ambos métodos. La equivalencia de contaminantes/insolubles determinada por ambos métodos fue analizada críticamente y clasificada según el gráfico de la Figura 3 y la Tabla 2.

Tabla 2: Comparación de la prueba de filtro frente a la ultracentrífuga
Figura 3: Comparación de la prueba de filtro frente a la ultracentrífuga

Conclusiones

Los datos experimentales se analizaron críticamente y los resultados de ambos métodos fueron compatibles y tenían una correlación lineal. La prueba de filtro involucra el potencial de exposición peligrosa a solventes para el técnico de laboratorio. Es un proceso que requiere mucho tiempo, ya que necesita la preparación de cada muestra para llevar a cabo la prueba. Por el contrario, la ultracentrífuga no requiere ningún disolvente peligroso y se pueden analizar varias muestras a la vez. 

Los peligros asociados con el manejo de queroseno y éter de petróleo son: Los éteres de petróleo son extremadamente volátiles, tienen puntos de inflamación muy bajos y presentan un riesgo de incendio significativo. La exposición al éter de petróleo ocurre más comúnmente por inhalación o contacto con la piel. La inhalación de vapores de queroseno puede causar mareos o náuseas. 

Los disolventes mencionados utilizados en la prueba de filtro son consumibles. Por lo tanto, se recomienda adoptar la prueba de ultracentrífuga para medir contaminantes insolubles para todas las muestras, ya que este método es más seguro y rápido que la prueba de membrana filtrante. 

Referencias

  1. Knochen, M., Sixto, A., Pignalosa, G., Domenech, S., Garrigues, S., & De La Guardia, M. (2004). Determinación de insolubles en aceite lubricante diesel por espectrometría visible FIA. Talanta, 64(5), 1359-1363. 
  2. Abner hijo, E. (1983). Deterioro del lubricante en servicio. Manual de lubricación CRC, Citeseer, 517-532. 3. Zhu, J., He, D. y Bechhoefer, E. (2013). 
  3. Estudio de las técnicas y sistemas de monitoreo, diagnóstico y pronóstico del estado del aceite de lubricación. Revista de ciencia y tecnología química, 2(3), 100-115. 
  4. Toms, A. y Toms, L. (2010). Análisis de aceite y monitoreo de condición. Química y tecnología de los lubricantes (págs. 459-495). Springer, Dordrecht. 
  5. Kon, T., Honda, T. y Sasaki, A. (2020). Estimación del deterioro oxidativo del aceite de turbina utilizando el color de la membrana. Avances en Tribología, 2020.

 

Hasanur Jamal Molla, Saudi Aramco. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

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