Pruebas de filtrabilidad de aceites para máquinas papeleras

Jul. 8, 2024

Autor: Comunicación Noria

Última actualización: 07/08/24

Se dice que mezclar lubricantes es tanto una forma de arte como una ciencia. La selección de uno de una docena de aditivos diferentes para uno de una docena de diferentes tipos o mezclas de aceites base requiere el olfato de un chef para la efectividad y algunas buenas capacidades de prueba para probar que las recetas funcionan.

Las pruebas basadas en métodos estandarizados ISO y ASTM se realizan de forma rutinaria para verificar la utilidad de una nueva receta de lubricante. A lo largo de los años, se han desarrollado muchas pruebas diferentes precisamente para este propósito. A medida que se desarrollan nuevos productos y la aplicación de los productos existentes cambia con las condiciones de operación, los métodos de la prueba de filtrabilidad de aceite se desarrolló en respuesta a las demandas industriales y de los clientes de filtros más nos para producir sistemas más limpios. Este artículo analiza el desarrollo y el uso de las pruebas de filtrabilidad del aceite, especialmente las aplicadas a los aceites para máquinas de papel (PMO).

¿Qué es la Filtrabilidad?

La característica de filtrabilidad de un fluido se puede definir como su capacidad para pasar a través de un filtro sin dar lugar a una caída de presión indebida que conducirá a la pérdida de la vida útil.

A partir de esto, el lector puede concluir que la filtrabilidad es un requisito impulsado por el usuario destinado a mejorar la e ciencia operativa y reducir los costos.

Si un fluido hidráulico tiene poca capacidad de filtración, el elemento del filtro se bloqueará rápidamente, quizás con frecuencia. Por el contrario, una buena filtrabilidad del aceite no garantiza una buena vida útil del filtro. Esto presenta la pregunta: “¿La mala filtrabilidad es culpa del fluido o es culpa de otra cosa?”

Causas y efectos de la mala filtrabilidad

La mala filtrabilidad es causada por material no deseado transportado por el lubricante que es eliminado por el filtro. Esto agota la vida útil. La eliminación rápida puede tapar el filtro en segundos. La eliminación más lenta es progresiva y lleva días, semanas o incluso meses. El resultado neto es que el filtro se bloquea más rápido de lo que el usuario desea.

Las posibles causas de una mala filtrabilidad se resumen a continuación:

  • Altos niveles de suciedad, o un nivel en el que las medidas de control de limpieza son ineficaces, como no mantener los filtros existentes o los de un sistema recién construido.
  • Deterioro de componentes, como sellos que permiten la entrada de suciedad (principalmente materiales de proceso y productos químicos en aplicaciones de máquinas de papel) al sistema.
  • Residuos causados por un mayor desgaste de los componentes.
  • Esfuerzo térmico del aceite durante el funcionamiento normal que acelera la oxidación y favorece la formación de productos de degradación. Esto forma precipitados, partículas de carbono, gomas, ceras, lodos, etc. La cavitación y la formación de diésel son las causas principales, especialmente en sistemas aireados.
  • Entrada de contaminantes líquidos que reaccionan químicamente con el aceite y sus aditivos para producir un precipitado. Esto puede ser mantenimiento o inducido por el proceso. El agua en un aceite mineral es probablemente el líquido más común ingerido en los sistemas de lubricación de las máquinas papeleras. La tolerancia de los aceites al agua ha aumentado con los años, pero las sustancias químicas que contiene el agua son motivo de mayor preocupación. Esto hace que la formulación de aceites sea un proceso extremadamente difícil, ya que puede requerir más de 30 químicos diferentes. Debido a que la fabricación de papel es un negocio altamente competitivo, los fabricantes son reacios a identificar muchos de los químicos involucrados. Lo que puede ser aceptable hoy puede ser inaceptable mañana a medida que se realicen cambios en el proceso y los productos químicos contenidos en el agua.
  • Conservantes y revestimientos, que se lavan del componente durante la operación inicial del sistema.
  • Inadecuada mezcla del aceite que deja partículas sólidas que son eliminadas por el filtro.
  • Aditivos insolubles. Aunque la mayoría de los aditivos para aceites suelen ser solubles y pasan por los filtros más nos, algunos aditivos especiales no lo hacen. Los más comunes son los aditivos poliméricos utilizados para mejorar las características de viscosidad/temperatura del fluido, comúnmente llamados mejoradores del índice de viscosidad (VI). A altas temperaturas, estos forman moléculas rami cadas de cadena larga para aumentar la viscosidad del aceite. A temperaturas más bajas, generalmente menos de 86 °F (30 °C), se agrupan para formar partículas relativamente grandes que se pueden filtrar. Pueden causar problemas de filtrabilidad incluso con filtros relativamente gruesos; por ejemplo, aquellos clasificados en ß12 = 1000, solo para ver desaparecer el problema a medida que el aceite se calienta. Los efectos de la temperatura no son un gran problema con los aceites para máquinas de papel, tanto hidráulicos como lubricantes. Suelen funcionar a altas temperaturas.
  • La contaminación cruzada de tipos y marcas de lubricantes puede crear problemas dadas las formulaciones químicas complejas.
     

Desarrollo de pruebas

Las pruebas de filtrabilidad han sido objeto de mucha discusión e investigación desde que el Dr. Leonard Bensch presentó la Prueba de filtrabilidad de Bensch en 1971. la fuerza impulsora para el desarrollo de esta prueba de filtrabilidad fue la introducción de filtros de 3 micras, revolucionarios hace 30 años. Desafortunadamente, en ese momento, los aceites y los sistemas hidráulicos no estaban diseñados para niveles de filtración tan nos. En consecuencia, los filtros se bloqueaban con frecuencia y el interés disminuía rápidamente. El interés posterior, al menos por un tiempo, fue mostrado por los usuarios con visión de futuro que tenían la infraestructura y el diseño para respaldar el uso de estos filtros. Se ignoraron los beneficios que traerían los filtros de 3 micras porque su vida útil era inaceptable.

Resumen de la prueba de filtrabilidad

La prueba se basa en el volumen que se puede filtrar al vacío a través de una membrana de análisis de 47 mm y 1,2 micras a temperatura ambiente antes del bloqueo. Esto dio el índice de filtrabilidad (FI) como:

Para un buen aceite, deben pasar 1000 mL, dando un FI superior a 104. Se incluyó una restricción de tiempo, pero rara vez se usó en la experiencia del autor. Se investigó esta nueva prueba y se emitieron pautas para los valores de FI para dar las siguientes calificaciones de vida útil: buena (FI > 70), aceptable (FI de 70 a 30) y deficiente (FI < 30).

La prueba de filtrabilidad de Bensch generó un trabajo e interés considerables entre grupos de usuarios, compañías petroleras y académicos, lo que resultó en el desarrollo de pruebas para requisitos individuales o grupales. Sin embargo, ha llevado casi 20 años desarrollar, perfeccionar y acordar una prueba aceptable internacionalmente. Se trata de la norma ISO 13357 e implica la filtración a presión del aceite a temperatura ambiente a través de un filtro de membrana analítico preciso de 1 micrón. Se describen dos pruebas, tanto en condiciones húmedas como secas. Una prueba es más severa que la otra. Se coloca un límite superior de 100 cSt sobre el aceite probado.

Pruebas de aceites para máquinas de papel

¿Cuáles son las opciones para determinar las características de filtrabilidad de los PMO donde los grados de viscosidad pueden variar de ISO VG 100 a ISO VG 460? Si se prueba el método de Bensch, la viscosidad de prueba muy alta significa que el punto final se alcanza al comienzo de la prueba o poco después. La prueba ISO 13357 usa presión para forzar el aceite a través de la membrana, generando altas presiones. Esto es algo de lo que hay que tener cuidado, porque el aparato de vidrio supone un riesgo para la salud y la seguridad.

Pall Corporation reconoció la necesidad de una prueba de filtrabilidad para PMO y, para responder a las demandas de los clientes de una manera más científica, desarrolló dos pruebas de filtrabilidad para PMO. Estos han sido adoptados desde entonces por las compañías petroleras como una herramienta de desarrollo.

Prueba de filtrabilidad dinámica

Esta fue una modificación de una prueba utilizada a principios de la década de 1970. Fue desarrollado para probar aceites en sus condiciones de trabajo, tales como:

  1. Mismo grado de medios
  2. Misma temperatura de funcionamiento o rango de temperaturas
  3. Densidad de flujo similar y
  4. Funcionamiento en modo recirculatorio.

La prueba se realiza en un banco de pruebas del tamaño de un banco que se ve en la Figura 1 . Esto permite realizar dos pruebas separadas.

Figura 1.- Plataforma de filtrabilidad dinámica.

En una prueba estándar, se agrega una carga de 1 galón (4 L) del aceite de prueba a un equipo de prueba limpio equipado con un filtro nuevo similar al que se usa en la operación de campo. El aceite circula a través de la derivación y se lleva a la temperatura de prueba, generalmente 140 °F (60 °C). Una vez estable, el flujo se desvía a la sección del filtro de prueba y continúa recirculando hasta que el elemento del filtro se bloquea o la presión diferencial se estabiliza. Los valores de presión diferencial, temperatura y caudal se registran a intervalos regulares.

En la Figura 2, se dan las características de presión diferencial de cuatro fluidos de ejemplo. Al comienzo del flujo a través del filtro, el aumento de presión inicial se debe a la pérdida viscosa a través del medio de filtración y es proporcional al grado del medio utilizado. A partir de entonces, la presión diferencial debe permanecer estable como en la Curva A, lo que indica una excelente filtrabilidad.

Figura 2.- Resultados de la prueba de filtrabilidad dinámica

Por otro lado, la Curva B representa un caso extremo de pobre filtrabilidad donde el bloqueo del elemento ocurre en un tiempo relativamente corto. En la mayoría de los casos, la presión diferencial seguirá aumentando después del valor inicial a medida que el elemento elimina las partículas contaminantes. Esto suele tardar entre seis y diez pasadas y luego debería estabilizarse (Curva C1). Sin embargo, puede llevar más tiempo (Curva C2) debido a la presencia de partículas muy pequeñas, llamadas limo.

Si hay un problema de filtrabilidad, se analiza una muestra del aceite y los sólidos se separan por filtración.

A continuación, el filtro de membrana se examina mediante microscopía óptica o electrónica de barrido para determinar la composición del material.

Si estas características presentarán o no un problema de filtrabilidad depende del sistema y su volumen de fluido. Un pequeño aumento en la presión diferencial no afectaría la vida útil del elemento en un sistema de volumen pequeño, como la transmisión de un camión, porque la fuente del bloqueo se filtrará rápidamente y es posible que no afecte de manera apreciable la vida útil del elemento. Sin embargo, la misma característica podría ser un problema en el sistema de lubricación de una máquina de papel donde son comunes los volúmenes de 793 a 7925 galones (3000 a 30 000 L).

El ejemplo C1 muestra un aumento en la presión diferencial de aproximadamente 1,5 veces. Aproximadamente el 33 por ciento de la vida útil se ha utilizado con el paso de un galón (4 L) a través de un filtro de área determinada. Como resultado, se puede estimar la duración esperada del servicio o el área de medios filtrantes necesarios para limpiar el sistema.

Filtrabilidad en un rango de temperatura

Los problemas de filtrabilidad pueden ocurrir con condiciones de funcionamiento a baja temperatura. Los problemas asociados con los aceites de alto VI son algo predecibles. Sin embargo, la presencia de geles, ceras y lacas puede ser menos evidente en el aceite cuya solubilidad puede verse afectada por la temperatura. La prueba de filtrabilidad dinámica puede evaluar fácilmente tales características.

No hay pruebas estándar para estas características. Las pruebas se diseñan a medida. El siguiente es un ejemplo de un procedimiento utilizado para verificar la filtrabilidad de un aceite en un rango de temperatura.

  1. Añadir la carga de aceite al depósito provisto de un filtro del mismo grado utilizado en el sistema. Circule a través de la derivación y eleve la temperatura a 158°F (70°C).
  2. Desviar el caudal por el filtro y circular durante 20 minutos para eliminar la suciedad. Las operaciones a esta temperatura alta permitirán el paso de los componentes del aceite que dependen de la temperatura.
  3. Reemplace el elemento por uno nuevo y hágalo funcionar hasta que las condiciones se hayan estabilizado.
  4. Reduzca la temperatura al mínimo posible; Se desea 50°F (10°C). Supervise el caudal, la temperatura del aceite y la presión diferencial del elemento a medida que se enfría el aceite.
  5. Ejecutar a temperatura mínima durante 15 minutos.
  6. Elevar la temperatura al valor inicial, registrando los parámetros medidos.
  7. Corrija los cambios en el flujo y grafique la presión diferencial frente a la viscosidad. Idealmente, ambas curvas deberían ser proporcionales a la viscosidad y superponerse entre sí.

Prueba de índice de filtrabilidad

La prueba del índice de filtrabilidad para aceites de máquinas de papel (FIT-PMO) se desarrolló en 1993. Proporciona una detección simple para identificar aceites que tendrían una vida útil satisfactoria cuando se usan con elementos de filtro modernos con niveles de filtración más nos (menos de 6 micrones). 4 fue diseñado para ser una prueba de banco, usar poco aceite y probar a altas temperaturas. El tamaño del depósito en las máquinas de papel signifca que se necesita mucho tiempo para el paso de un volumen completo (típicamente de 25 a 50 minutos), por lo que en un contexto de filtrabilidad, una prueba de un solo paso es más apropiada. La prueba se lleva a cabo en una configuración de un solo paso como se muestra en la Figura 3.

Figura 3.- Configuración de prueba de filtrabilidad de aceite de máquina de papel

Esta disposición utiliza un filtro de membrana de nailon de 3 micras y 47 mm de diámetro, seleccionado para garantizar la repetibilidad y reproducibilidad de la prueba. Después de acondicionar el aceite de prueba revolviéndolo durante una hora a 145°F (63+1°C), el aceite se bombea a través del filtro de membrana. La presión diferencial inicial se anota y se recoge en el recipiente graduado. La prueba continúa hasta que la presión diferencial alcanza los 25 psi (1,7 bar) y el volumen total pasado se registra en el índice de filtrabilidad (FI). Es una práctica común limitar la prueba al paso de 4.000 mL. Las clasificaciones del índice de filtrabilidad se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Pautas para índices de filtrabilidad para PMO

Al igual que con la prueba dinámica, las causas de la mala filtrabilidad deben investigarse examinando la membrana para detectar la presencia de cantidades anormales de partículas o la presencia de geles o ceras. Una vez identificada, se puede localizar la fuente y tomar medidas correctivas. La prueba se puede realizar en aceite nuevo, reparado o envejecido con agua.

El desafío en las papeleras

Las mejoras en la formulación del aceite, el diseño de los sistemas de fluidos y las técnicas de control de la contaminación más efectivas han hecho que los problemas de filtrabilidad causados por el aceite sean menos comunes que hace 10 o 15 años.

Sin embargo, esto no ha resuelto todos los problemas de ltrabilidad. La vida útil corta del elemento de ltro ahora debe verse como un indicador de otros problemas. Esta es una oportunidad para que el personal del molino, el proveedor de ltros y el proveedor de lubricantes trabajen juntos para resolver el problema y crear un proceso e ciente.

Según la experiencia del autor, aquellas plantas que han adoptado una práctica de Total Cleanliness ControlTM o un enfoque de mantenimiento proactivo en su planta generalmente sufren menos problemas de filtrabilidad. Por lo general, resolver un problema de filtrabilidad requiere los esfuerzos cooperativos del personal de la planta, el fabricante del filtro, el fabricante del aceite y el constructor del sistema trabajando juntos para rectificar la causa raíz.

Referencias
  1. Bensch, Leonard. (1977). Verificación de una Prueba de Filtrabilidad Hidráulica, Papel P73-CC-8. Séptima Conferencia Anual de Investigación. Universidad Estatal de Oklahoma: Stillwater, OK, EE. UU.
  2. ISO 13357. Productos derivados del petróleo – Determinación de la filtrabilidad de los aceites lubricantes – Parte 1 (aceite seco), Parte 2 (aceite húmedo).
  3. Día, Mike J. (1997). Incrementando la Rentabilidad a Través de una Política de Control de Limpieza Total. Londres: Seminario IMechE sobre Control de Limpieza en Sistemas de Fluidos.
  4. Corporación Pall. (1995). Prueba de índice de filtrabilidad de Pall para aceites de máquinas de papel, Pall FIT-PMO. Edición 4, Pall Corporation: Port Washington, NY, EE. UU.

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