Análisis de grasa: Herramienta del mantenimiento proactivo y para la detección temprana de fallas

Tomar muestras de aceite en forma regular como parte de una estrategia de mantenimiento se ha convertido en la nueva tendencia. Los aceites se analizan con respecto a su salud, la posible contaminación y el desgaste. Los resultados y evaluaciones de laboratorio efectuadas por los experimentados ingenieros pueden apoyar en la identificación de una próxima falla de los componentes, comprobar si las acciones de mantenimiento, como la filtración o la deshidratación trabajan adecuadamente y ayudar a establecer los intervalos de cambio de aceite basados en su condición. Cuando se trata de grasas, la historia es otra. En el pasado, el monitoreo de la tendencia de la condición de la grasa no era una práctica común, aun cuando la mayoría de los rodamientos instalados están lubricados con grasa y tienen un gran impacto sobre la confiabilidad de la maquinaria. Sin embargo, parece que se está presentando un cambio en la filosofía con una tendencia cada vez mayor hacia el análisis rutinario de la grasa, motivado por los problemas técnicos sufridos y observando las experiencias positivas obtenidas a través de los programas de análisis de aceite. Además, ha habido muchos ejemplos en campo en que el análisis de grasa ha demostrado proporcionar información importante sobre la grasa, incluyendo el desgaste, la contaminación, la consistencia, el sangrado y el estado del aceite básico y los aditivos. Dado que las propiedades de la grasa a menudo cambian de manera significativa durante la operación, y que la información de la contaminación y el desgaste se concentra en un volumen relativamente pequeño, que no está afectado por filtración o diluido en un enorme depósito de aceite, el análisis de grasa puede ser una muy eficaz herramienta del monitoreo de condición. En muchos casos, el análisis de grasa se efectuó sólo después de que ocurrió un daño o un accidente, sin embargo, los análisis de tendencia de las muestras de grasa han demostrado que es posible identificar problemas con la grasa o en los rodamientos con suficiente anticipación mediante un buen programa de análisis de grasa. La técnica de muestreo apropiada Para obtener una muestra de grasa representativa, se requiere de una técnica de muestreo apropiada. Obviamente, es mucho más difícil tomar una muestra representativa de grasa de un rodamiento que tomar una muestra de aceite. Para tomar una muestra de grasa, retire el tornillo de inspección del cojinete o quite el tapón del puerto de purga del rodamiento. Corte un tramo de manguera de muestreo de una longitud apropiada para que se introduzca en el alojamiento del rodamiento y llegue a un área adecuada para tomar una muestra representativa. Acople un extremo de la manguera de muestreo a una jeringa limpia e inserte el otro extremo en el alojamiento del rodamiento. Utilice la jeringa para succionar la grasa usada hacia la manguera de muestreo (por lo menos 1 centímetro). Para algunas aplicaciones, puede ser necesario repetir el procedimiento en diferentes puntos de muestreo para el mismo rodamiento. Es suficiente con aproximadamente un gramo de grasa para efectuar el análisis. Asegúrese de observar cambios de color para evitar tomar grasa fresca muy cerca al punto de re-engrase. Para el análisis de tendencia, las muestras deben tomarse siempre en los mismos puntos. Debe enviarse también una muestra de grasa nueva (línea de base) como referencia para todos los análisis que se efectúen a futuro. Análisis de elementos Las muestras de grasa pueden analizarse por espectrometría de emisión atómica (AES) de acuerdo con el método Rotrode. Pueden evaluarse hasta 21 elementos para obtener información con respecto al desgaste, contaminación y aditivos. Algunos de ellos son:

• Metales de desgaste (hierro, cromo, estaño, plomo, níquel, aluminio, molibdeno y zinc)
• Elementos de contaminación (silicio, calcio, sodio, potasio y aluminio)
• Aditivos o espesantes (magnesio, calcio, fósforo, zinc, bario, silicio, aluminio, molibdeno y boro)

De especial interés para diagnosticar la condición de un rodamiento o grasa, es la cantidad de hierro o cromo, que están presentes como partículas de desgaste del material del rodamiento. Los materiales no-ferrosos, como el cobre y estaño, indican desgaste abrasivo o corrosivo de la jaula del rodamiento. Si hay polvo presente (silicio, calcio, aluminio) o agua de mar (sodio, potasio, magnesio), esta información puede ayudar a determinar la razón de la presencia de los metales de desgaste. La cantidad de elementos del jabón metálico, o una comparación del contenido de aditivo entre la grasa nueva y la usada, también pueden revelar si se está empleando la grasa correcta. Cuantificador de partículas El cuantificador de partículas ferrosas (Índice PQ) se especializa en la determinación de todas las partículas ferromagnéticas. El índice puede tener un valor entre 0 y 9,999, y caracteriza las partículas de hierro presentes en la muestra, independientemente del tamaño de la partícula. Como las partículas de herrumbre no son magnéticas, no se miden. La prueba del índice PQ se basa en el principio de que el hierro (y las partículas de desgaste de hierro) es magnético y puede detectarse con un imán. Si la grasa contiene partículas de desgaste ferromagnéticas, se distorsiona un campo magnético, el cual puede medirse. Recuerde que el índice PQ proporciona el contenido total de partículas magnéticas de desgaste. Contrario a la información de desgaste de hierro que puede determinarse por AES, el índice PQ brinda información de todas las partículas de hierro. Al usar AES para analizar muestras de grasa, sólo pueden detectarse partículas menores a 5 micrones, ya que las partículas más grandes no pueden ser excitadas. Condición de la grasa por FTIR La espectrometría infrarroja por transformadas de Fourier (FTIR) identifica el tipo de aceite básico y espesante en la grasa usada. Comparando la grasa nueva de referencia contra la muestra de grasa usada, puede determinarse el agotamiento de aditivos o la contaminación con otro tipo grasa. A diferencia del análisis espectrométrico de aceite con FTIR, la medición e interpretación del espectro del lubricante es más complejo. Los compuestos del espesante, especialmente, pueden ser muy dominantes en importantes áreas del espectro, que normalmente se emplean para calcular el contenido de agua o la oxidación. La espectrometría FTIR se basa en el principio de que las moléculas presentes en un lubricante pueden absorber luz infrarroja a longitudes de onda características, dependiendo de su estructura química. Los cambios en la grasa usada, comparándola con el espectro de referencia de la grasa nueva, se calculan en los picos típicos a números de onda predefinidos y que se interpretan como oxidación, agua, etc. Una muy pequeña muestra de grasa (menos de 0.1 gramo) se coloca en una celda de reflectancia total atenuada (ATR). En la zona de contacto, la muestra de grasa será expuesta a una luz infrarroja. Un espectro infrarrojo mostrando la absorbancia de la luz infrarroja en el número de onda correspondiente se registrará e interpretará. El espectro infrarrojo de una muestra de lubricante brinda información respecto a la contaminación y cualquier cambio en comparación con el espectro de referencia. Por una sustracción de espectros entre la grasa nueva y la grasa usada, el método FTIR indica qué tipo de grasa desconocida se está utilizando. Además, en muchos casos puede revelarse la mezcla de grasas diferentes. La identificación de la grasa original y el tipo de aceite básico pueden encontrarse en una biblioteca de espectros de referencia y servir de apoyo para identificar la causa de una falla. FTIR también puede mostrar si se está empleando aceite mineral o sintético. Si se está empleando un aceite básico mineral, FTIR puede indicar si éste está oxidado porque ha estado mucho tiempo operando sin un re-engrase, o si ha trabajado a una temperatura muy elevada. Si la grasa contiene aditivos extrema presión (EP) con zinc y fósforo, puede verse la degradación del aditivo. También puede obtenerse el contenido de agua en la grasa. Agua por Karl Fischer Además de los contaminantes sólidos, que pueden identificarse por AES, como el silicio, calcio o aluminio, el agua es un tipo de contaminante que a menudo es causa de corrosión. Cuando existe demasiada agua en el rodamiento, es necesario re-engrasar con intervalos más cortos. Desafortunadamente, determinar la cantidad de agua en la grasa no es tan fácil como en una muestra de aceite. Para la determinación de agua por el método de Karl Fischer, se coloca una pequeña cantidad de grasa (aproximadamente 0.3 gramos) en un vial de vidrio y se sella con una cubierta séptica. La muestra se calienta en un pequeño horno aproximadamente a 120°C. El vapor de agua que se libera se transfiere por nitrógeno a un recipiente de titulación en el que tiene lugar una reacción electrolítica entre el agua y el reactivo Karl Fischer. Se registra una curva de titulación y se identifica con precisión el contenido de agua. Dependiendo del tipo de grasa y su aplicación, el contenido de agua en la grasa no debería exceder los valores recomendados. Demasiada agua en la grasa puede producir una variedad de efectos adversos, entre los que están corrosión de los metales del rodamiento, oxidación del aceite básico, reblandecimiento de la grasa y lavado por agua de la grasa. Si el resultado del contenido de agua de acuerdo con el método de Karl Fischer se compara con el análisis de elementos por AES, puede determinarse si el agua en la muestra es “dura” o agua de mar, la cual contiene minerales como sodio o potasio, o si es agua suave, como el agua condensada del ambiente o de lluvia. Si en la muestra de grasa usada se encuentran sodio, potasio, calcio o magnesio, pero no en la grasa nueva, es probable que la razón sea la presencia de agua “dura”. Comparando estas dos pruebas, AES y Karl Fischer, se puede saber si el agua presente en la muestra de grasa proviene del proceso de producción. Pruebas adicionales Además de las pruebas descritas anteriormente, las cuales deben ser el requerimiento mínimo para el análisis de grasas, hay lugar para efectuar otras pruebas. La tabla 1 enlista la mayoría de esas pruebas adicionales. Tenga en mente que una investigación de falla después de que se ha presentado un daño, requiere de un análisis más complejo, y que no todas las pruebas están diseñadas para efectuarlas rutinariamente. En síntesis, el análisis de grasa ha demostrado ser una útil herramienta para evaluar la condición de la grasa y del rodamiento. Diferentes situaciones y factores que influyen en el desgaste, contaminación y condición de la grasa, han mostrado complejas coherencias entre los resultados del análisis de la grasa y su significado práctico. Esto lleva a la conclusión de que al observar e interpretar esos factores con conocimiento experto, se permite que las estrategias de mantenimiento proactivo sean aplicadas razonablemente en componentes lubricados por grasa.