Robert Errichello y Jane Muller, Geartech. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

Con todos los diferentes modos de falla de las cajas de engranajes, es importante conocer las diversas pruebas que se pueden utilizar para desarrollar y confirmar una hipótesis sobre la causa probable de la falla. El análisis del lubricante puede proporcionar un medio inmediato para detectar contaminación u otros cambios adversos en el lubricante.

Estas muestras se pueden enviar a un laboratorio para su posterior análisis. También hay una serie de pruebas que se pueden realizar en sitio y a bajo costo para verificar la contaminación u oxidación del lubricante.

Prueba de apariencia

La prueba más simple es la apariencia visual. A menudo, esta prueba revelará problemas como una gran contaminación u oxidación. Observe el lubricante en una botella limpia y transparente. Lo mejor es un recipiente alto y estrecho. Compare la muestra contra una muestra de lubricante nuevo sin usar. El aceite debe verse claro y brillante.

Si la muestra se ve opaca o turbia, o tiene un aspecto lechoso, es posible que haya agua. El color debe ser similar al de la muestra de aceite nuevo. Un color oscuro puede indicar oxidación o contaminación con partículas finas de desgaste.

Incline la botella y observe si el aceite usado parece más o menos viscoso que el aceite nuevo. Un cambio en la viscosidad puede indicar oxidación o contaminación. Busque sedimentos en el fondo de la botella. Si hay alguno presente, ejecute una prueba de sedimentos.

Prueba de sedimentación

Si se observa algún sedimento durante la prueba de apariencia, se puede realizar en sitio una prueba simple de contaminación. Coloque una muestra de aceite en una taza blanca limpia, hecha de un material no poroso, que sea compatible con el lubricante. Cúbrala y déjela reposar durante dos días.

Vierta con cuidado todo menos unos pocos mililitros de aceite. Si hay partículas visibles en el fondo de la taza, hay contaminantes presentes. La resolución a simple vista es de aproximadamente 40 micrones. Si las partículas responden a un imán debajo de la taza, hay presencia de partículas de desgaste de hierro o magnetita.

Si no responden al imán y se sienten rasposos entre los dedos, probablemente sean arena. Si se ve otra fase líquida o el aceite parece lechoso, es probable que haya agua.

Prueba de olor

Huela con cuidado la muestra de aceite. Compare el olor de la muestra de aceite usado con el del aceite nuevo. La muestra usada debe oler igual que el aceite nuevo. Los aceites que se han oxidado tienen un olor a “quemado” o un olor ácido, agrio o picante.

Prueba de crepitación

Si se sospecha la presencia de agua en una muestra de aceite, se puede realizar una prueba sencilla en sitio. Coloque una pequeña gota de aceite en una placa caliente a 160 ºC. Si la muestra burbujea, el agua está por encima del 0.05 por ciento (500 ppm).

Si la muestra burbujea y crepita, el agua está por encima del 0,1 por ciento (1000 ppm). Al realizar la prueba de crepitación, se debe tener en cuenta la salud y la seguridad del inspector mediante el uso de protección para los ojos.

¿Por qué tomar muestras de aceite de una caja de engranajes averiada?

El análisis en laboratorio de las muestras de aceite de una caja de engranajes averiada puede responder a las siguientes preguntas:

  • ¿El aceite cumple con las especificaciones del fabricante de equipo original (OEM, por sus siglas en inglés)?
  • ¿Estaba contaminado el aceite?
  • ¿Se degradó el aceite?
  • ¿Contiene el aceite evidencia útil para encontrar la causa raíz de la falla?
  • ¿Es el aceite representativo del aceite de servicio?

¿El aceite cumple con las especificaciones del OEM?

A veces, una caja de engranajes falla porque se utilizó el aceite incorrecto. Para demostrar si el aceite cumple con la especificación del OEM, se deben realizar las siguientes pruebas de laboratorio en muestras de aceite usado y compararlas con los resultados de las pruebas de laboratorio de muestras de aceite nuevo sin usar que cumpla con la especificación del OEM:

  • Viscosidad a 40 ºC y 100 ºC (ASTM D445)
  • Análisis espectrométrico para determinar elementos en el aceite (ASTM D5185 o D6595)
  • Número ácido (ASTM D664 o D974)
  • Espectrometría infrarroja para determinar el contenido de aditivos (ASTM D7412, etc.)
Figura 1. En este engrane se observa cómo una desalineación severa puede reducir el área de contacto y causar macropitting.

Figura 1. En este engrane se observa cómo una desalineación severa puede reducir el área de contacto y causar macropitting.

 Figura 2. El micropitting a menudo tendrá un patrón que indica desalineación.

Figura 2. El micropitting a menudo tendrá un patrón que indica desalineación.

Figura 3. Un lubricante con aditivos antidesgaste inadecuados causó raspaduras en este engrane cónico helicoidal.

Figura 3. Un lubricante con aditivos antidesgaste inadecuados causó
raspaduras en este engrane cónico helicoidal.

¿Estaba contaminado el aceite?

La vida útil de los engranajes y cojinetes se ve afectada negativamente por el agua. Por ejemplo, tan solo 50 ppm de agua reduce la vida útil de los rodamientos en un 75 por ciento. Por lo tanto, se debe utilizar el método de medición Karl Fischer (ASTM D6304) para determinar el contenido de agua.

 Figura 4. Un lubricante contaminado con agua produjo corrosión en este engranaje helicoidal.

Figura 4. Un lubricante contaminado con agua produjo corrosión en este engranaje helicoidal.

Otras pruebas de laboratorio, como la viscosidad, el análisis espectrométrico y el análisis infrarrojo, pueden ayudar a determinar si otros fluidos, como el aceite incorrecto, el aceite de lavado o el refrigerante, contaminaron el aceite en servicio. El análisis espectrométrico podría revelar contaminación a través del polvo ambiental al mostrar altas concentraciones de silicio y aluminio.

¿Está degradado el aceite?

El aceite puede perder su capacidad de lubricar si su viscosidad cambia significativamente o si se oxida. La tolerancia de fabricación de la viscosidad es más o menos el 10 por ciento. Por lo tanto, el aceite ISO VG 320 debe tener una viscosidad que se encuentre dentro del rango de 288 a 352 centistokes a 40 ºC.

Hay muchas causas posibles para un aumento o disminución de la viscosidad. Por ejemplo, algunos aceites tienen aditivos conocidos como mejoradores del índice de viscosidad (MIV) que pueden no ser estables al cizallamiento. Con el tiempo en servicio, estos aceites pierden viscosidad debido a que los MIV se cortan por cizallamiento.

Además, el sobrecalentamiento puede provocar oxidación. La contaminación por agua y las partículas de desgaste acelera la oxidación. Los siguientes síntomas son indicativos de oxidación:

  • Un olor fétido (olor agrio, acre o acre)
  • Un color oscuro
  • Un aumento de la viscosidad.
  • Un aumento en el número ácido.
  • Un cambio en el espectro infrarrojo
Figura 5. Este es un ejemplo de macropitting de origen punto-superficie (PSO) causado por interferencia de punta a raíz.

Figura 5. Este es un ejemplo de macropitting de origen
punto-superficie (PSO) causado por interferencia de punta a raíz.

¿El aceite contiene evidencia para encontrar la causa principal de la falla?

Las partículas de desgaste en el aceite pueden ayudar a indicar los modos de falla que ocurrieron en la caja de engranajes y revelar los contaminantes que contribuyeron a la falla. El análisis espectrométrico puede descubrir la contaminación a través del polvo ambiental al mostrar altas concentraciones de silicio y aluminio.

Estos resultados podrían explicar la abrasión en los dientes de los engranajes y las superficies de los rodamientos. El agotamiento de los aditivos anti-rayado puede confirmar una falla por rayado y la concentración excesiva de agua podría explicar la corrosión.

Otros métodos de prueba usados ​​para monitorear el desgaste anormal de las cajas de engranajes incluyen densidad ferrosa, conteo de partículas (ASTM D7647) y ferrografía analítica (ASTM D7690).

Figura 6. En este ejemplo, la abrasión y el rayado han sido causados por la interferencia de la punta a la raíz.

Figura 6. En este ejemplo, la abrasión y el rayado
han sido causados por la interferencia de la punta a la raíz.

La ferrografía de lectura directa (DR, por sus siglas en inglés) es una prueba de densidad ferrosa que mide la cantidad de partículas de desgaste ferroso en una muestra de aceite. Los resultados de la ferrografía DR generalmente se dan en términos de DL para partículas de más de 5 micrones y DS para partículas de menos de 5 micrones de tamaño.

La ferrografía analítica permite que el analista observe las partículas de desgaste mediante análisis microscópico. En esta evaluación, se puede determinar el desgaste activo de la máquina, así como múltiples modos diferentes de desgaste. Este método tiene una sensibilidad sobresaliente para partículas más grandes.

El conteo de partículas en las cajas de engranajes industriales cuenta la misma historia que el conteo de partículas en un sistema hidráulico o una bomba: la limpieza. Al establecer un programa de análisis de aceite que sea proactivo en el control de la contaminación, el conteo de partículas es un componente vital para la lista de pruebas de rutina.

¿El aceite es representativo del aceite de servicio?

Si el aceite parece muy limpio, es posible que se haya cambiado después de que ocurrió la falla. Por lo tanto, verifique los registros de mantenimiento y entreviste al personal de mantenimiento para determinar si el aceite es representativo del aceite que estaba en servicio cuando ocurrió la falla.

Procedimientos de muestreo durante un drenado de aceite

Utilice siempre botellas de muestreo de vidrio o plástico transparente y tapas de plástico limpias y compatibles con los lubricantes. Mantenga todo el equipo de muestreo completamente limpio. Antes del muestreo, llene la información en la etiqueta y péguela a la botella de muestreo. Asegúrese de registrar el punto de muestreo y la fecha.

El equipo necesario para un drenado y muestreo adecuado incluye:

  • Recipientes limpios para contener el aceite de drenado
  • Una rejilla con malla de alambre
  • Cuatro o más botellas de muestreo limpias (plástico transparente) para tomar muestras
  • Una botella grande para capturar el exceso de agua.

Primera muestra de aceite

Drene el aceite a través de la rejilla para capturar cualquier residuo de desgaste grande o fragmentos de fractura que puedan quedar atrapados en el aceite de drenado. Tome la primera muestra de aceite al inicio del drenado. Esté preparado para capturar el agua libre que pueda haberse depositado en el fondo de la caja de engranajes.

Si hay una gran cantidad de agua, llene una botella de muestreo y luego capture el agua restante en la botella grande. Una vez que el agua deje de fluir, tome una muestra del aceite.

Segunda muestra de aceite

Tome la segunda muestra de aceite cerca de la mitad del drenado. Estime el nivel de aceite en la caja de engranajes a partir de la mirilla o de mediciones directas. Esta muestra se utilizará para determinar las propiedades del aceite a granel que son más representativas de las propiedades del aceite en servicio.

Tercera muestra de aceite

Tome la tercera muestra de aceite cerca del final del drenado. Esta muestra puede capturar fluidos contaminantes menos densos.

Cuando se completen todos los cálculos y pruebas, forme una o más hipótesis para la causa probable de la falla y luego determine si la evidencia apoya o refuta las hipótesis. Si bien se aplican procedimientos similares a cualquier análisis de fallas, el enfoque específico puede variar según la naturaleza de la falla y las limitaciones de tiempo.

Por lo tanto, ya sea que realice pruebas en sitio o envíe muestras de aceite a un laboratorio para un análisis complementario, asegúrese de seleccionar la prueba adecuada para ayudarle a determinar correctamente la causa probable de una caja de engranajes defectuosa.

Sobre el autor

Robert Errichello es consultor de equipos de GearTech. Contáctelo en [email protected]