Diagnostico Averias Por Analisis de Aceite

5/24/2018 Diagnostico Averias Por Analisis de Aceite

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Diagnstico de Averas por Anlisis de la Degradacin y Contaminacin del Aceite

EXPERTO UNIVERSITARIO EN MANTENIMIENTO

PREDICTIVO Y DIAGNOSIS DE FALLOS


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DIAGNSTICO DE AVERAS POR ANLISISDE LA DEGRADACIN Y CONTAMINACIN DEL ACEITE

1. INTRODUCCIN

Los sistemas de lubricacin juegan un papel muy importante en el funcionamiento decualquier tipo de mquina y tienen encomendadas una serie de funciones, entre lasque destacan:

lubricar las partes sometidas a friccin (reducir el rozamiento y, por tanto, eldesgaste y la energa consumida por este concepto).

disipar el calor generado por friccin.

reducir fugas internas (sellado de piezas, etc.).

proteger las piezas de la corrosin.

arrastrar partculas, condensados y sedimentos limpiando y controlando la

formacin de barros.Para que el aceite pueda cumplir todas estas funciones satisfactoriamente debemantenerse limpio, qumicamente estable y libre de contaminantes. Por ello lossntomas que sirven para controlar el estado del sistema de lubricacin son ladegradacin y la contaminacin del aceite.

Adems de sto es fundamental que la presin, temperatura y caudal de aceite se

mantengan dentro de los valores apropiados en cada caso.

La degradacindel aceite es el proceso por el que se reduce su capacidad paracumplir sus funciones por alteracin de sus propiedades.

La contaminacin del aceite se debe a la presencia de sustancias extraas tanto


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Agua procedente de los sistemas de refrigeracin y/o condensacin

de humedad atmosfrica.

Combustibles, que diluyen el aceite.

Productos procedentes de la degradacin de los aceites, comobarnices y lacas que resultan del proceso de envejecimiento delaceite.

La contaminacin y degradacin del aceite estn ntimamente relacionadas, ya que lacontaminacin altera las propiedades fsicas y qumicas del aceite acelerando sudegradacin. Por otra parte, la degradacin produce sustancias no solubles en elaceite que facilitan el proceso de desgaste.

2. VISCOSIDAD

I. Definicin y Tcnicas de Medidas.

La viscosidad es la propiedad fsica ms importante del lubricante, yaque fija las prdidas por friccin y la capacidad de carga de los cojinetes.

La viscosidad del aceite depende de la temperatura. Para expresar latendencia del aceite a cambiar su viscosidad con la temperatura se

utiliza el ndice de viscosidad, que se obtiene de la comparacin de laviscosidad del aceite en SSU a 100 F con la de otros dos aceites en lasmismas condiciones, pero uno de ellos tiene poca variacin de laviscosidad con la temperatura (base parafnica, al que se asignaarbitrariamente el valor 100) y otro cuya variacin es muy elevada (basenaftnica, al que se asigna el valor 0).

El ndice de viscosidad es menos significativo como parmetro dediagnstico que la viscosidad, ya que la disminucin del ndice deviscosidad por degradacin de los aditivos correspondientes no esdetectable en la mayora de los casos.

La viscosidad se mide mediante viscosmetros, distinguindose diversos


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- Medicin de la viscosidad mediante el tiempo de desplazamiento de unobjeto slido a travs del aceite. Los de bolas poseen dos tubos que sellenan de aceites nuevo y usado.

- Utilizan dos bolas similares para medir la diferencia de viscosidad entrelos dos aceites. Son los llamados viscosmetros comparativos.

II. Efecto de los fallos sobre la viscosidad del aceite.

Un aceite en servicio puede aumentar, disminuir permanecer constante suviscosidad.

- La viscosidad disminuye normalmente por contaminacin con elcombustible (motores trmicos), mezcla con condensables del gascomprimido (compresores de gas combustible), contaminacin con otro

aceite menos viscoso, etc.

- La viscosidad aumenta normalmente por oxidacin del aceite, que dalugar a la formacin de productos de descomposicin ms viscosos,partculas carbonosas y otros contaminantes. Ello puede ocurrir porcontaminacin tanto interna como externa, tanto de partculas slidascomo agua. Algunos fallos tpicos son:

Combustin defectuosaFiltro de aire de admisin obstruidoTurbocompresor defectuosoDesgaste excesivo en los conjuntos camisa-segmentosFallos en sistema de refrigeracin que producen fugas de aguaFiltro de aceite sucio obstruido.

- Si la viscosidad permanece constante no significa siempre que laspropiedades del aceite no se han alterado, ya que pueden coexistirfallos que tienden a disminuir la viscosidad junto con otros que tienen aaumentarla, compensndose ambos efectos.


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b) Viscosidad cinemtica = /

Su ecuacin de dimensin: [] = [L]2[T]-1Su unidad en S.I. es 1 m2/s.Se sigue utilizando la unidad del sistema c.g.s.: 1 cm2/s = 1 St (Stoke)y su submltiplo el centistoke: 1 cSt = 10-2St.

c) Viscosidad en otras unidades empricas: grados Engler, segundosSaybolt, segundos Redwood, etc.

IV. Desviacin admisible.

Se considera un aceite en servicio degradado y sin capacidad para realizar biensu funcin si su viscosidad ha variado 20%de la del nuevo.

3. PUNTO DE INFLAMACIN

I. Definicin y Tcnicas de Medida

El punto de inflamacin es la temperatura mnima a la que se desprendenvapores combustibles capaces de inflamarse en presencia de una llama.

Esta muy relacionado con la viscosidad, de forma que cuando el punto deinflamacin baja tambin lo hace la viscosidad y viceversa.

Se determina calentando una muestra contenida en un pequeo vaso yaplicando una pequea llama en la proximidad de la superficie. La temperaturaa la cual se inflama momentneamente representa el punto de inflamacin de

la muestra (Mtodos Normalizados ASTM D92 de vaso abierto y ASTM D93 devaso cerrado).

II. Efecto de los fallos sobre el punto de inflamacin del aceite

El punto de inflamacin de un aceite en servicio, puede aumentar disminuir,


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4. ACIDEZ/BASICIDAD


En un aceite el grado de acidez alcalinidad puede expresarse por el nmerode neutralizacin respectivo, el cual se define como la cantidad de base cido, expresado en mgr. de KOH, que se requiere para neutralizar elcontenido cido base de un gramo de muestra, en condiciones normalizadas.

La acidez alcalinidad de un aceite nuevo da informacin sobre el grado derefino y aditivacin; mientras que el de uno usado da informacin sobre loscontaminantes y fundamentalmente sobre la degradacin del mismo.

Existen mtodos normalizados para medir tanto la acidez como la basicidad.(Mtodos ASTM D-943 y ASTM D-974).

II. Efectos de los fallos sobre la acidez/basicidad del aceite

Los fallos que producen un aumento de la acidez del aceite producen

simultneamente una reduccin en la basicidad propia del aceite. El aumentode la acidez est asociado a su oxidacin y a la contaminacin por los cidosprovenientes de la combustin (motores trmicos). Los ms importantes son:

Bomba de inyeccin o inyectores defectuosos.

Turbocompresor defectuoso.

Filtro de aire obstruido.

Contaminacin del aceite con azufre del combustible y otros cidos.

Sobrecalentamientos por fallo de la refrigeracin.

Filtro obstruido ineficiente


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aceite y diagnosticar causas de fallos.

-TBN (Nmero de base total). Representa los mgr. equivalentes de KOHnecesarios para neutralizar slo a los constituyentes alcalinos presentesen un gramo de muestra.

mgr KOH

TBN

Fe-ppm

TAN

Tiempo de uso

Fig. 1

Adems de estar ntimamente relacionados el TAN y TBN, existe una relacindirecta entre la reduccin del TBN y el desgaste, segn se aprecia en la figura.Se inicia un desgaste anormal por corrosin cuando el valor del TAN cruza elTBN.

IV. Desviacin admisible

En la evaluacin de un aceite motor, se aconseja el cambio de aceite cuando elTBN es inferior al 60% del TBN inicial, se encuentra por debajo del valorrecomendado por el fabricante del motor. El TBN de un aceite de motor nuevodebe ser mayor cuanto mayor sea el contenido en azufre del carburante.

En cuanto al TAN es aconsejable el cambio cuando ste llega a un valor del 80%


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relacionados directamente con la degradacin del aceite, la eficacia de

los filtros, el desgaste y en el caso de aceites detergentes con lasaturacin de su capacidad dispersante.

Los insolubles se miden mediante mtodos basados en la sucesiva solubilidad insolubilidad en diversos disolventes. El mtodo consiste en disolver unaparte de la muestra del aceite en un disolvente y posteriormente se separa laparte insoluble por filtracin y centrifugacin.

Los insolubles en pentano representan la casi totalidad de insolubles del aceitey estn formados por contaminantes externos y por productos de ladegradacin del mismo que se separan fcilmente. Los insolubles en toluenorepresentan productos de contaminacin externa, de la corrosin, del desgaste,carbn formado en la combustin incompleta y posible coquizacin del aceite.La diferencia entre los insolubles en pentano y los insolubles en tolueno son losxidos orgnicos que es lo que se trata de determinar.

II. Efecto de los fallos sobre los insolubles del aceite

Los insolubles se forman por oxidacin, combustin, desgaste y contaminacinexterna. Los fallos ms importantes que producen aumento de insolubles son:

Bomba de inyeccin inyectores defectuosos.Turbocompresor defectuoso.Desgaste de componentes del motor.Filtro de aire roto u obstruido.Aceite degradado, ya que la degradacin produce insolubles.Filtro de aceite obstruido ineficiente.

III. Desviacin admisible

Un valor superior al 3%de insolubles indica que el aceite est degradado.

6. DETERGENCIA/DISPERSIVIDAD


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La detergencia y la dispersividad se reducen con la degradacin y el consumo

de los aditivos correspondientes que estn formados por compuestos de calcio,magnesio y bario en los detergentes y por compuestos orgnicos (carbn ehidrgeno) en los dispersantes.

El mtodo ms sencillo y utilizado para la evaluacin de la detergencia ydispersividad por su sencillez y rapidez es el anlisis de la mancha deaceite, que se explica mas adelante. Los aditivos que confieren ladetergencia y dispersividad tienen carcter bsico por lo que son estos

aditivos los que se cuantifican cuando se determina el TBN. Por tanto,para evaluar la detergencia y dispersividad lo mejor es controlar el TBN.Asimismo se pueden determinar elementos por espectroscopia.

II. Efectos de los fallos sobre la detergencia y dispersividad del aceite.

Los fallos enumerados antes, que degradan el aceite, hacen reducir su

detergencia y dispersividad.

7. CONTAMINACIN DEL ACEITE

La presencia de materias extraas en el aceite, sean de origen interno o externo,provocan la contaminacin del aceite y degradacin de sus propiedades.

Las ms frecuentes fuentes de contaminacin son:

presencia de agua presencia de materia carbonosa presencia de polvo atmosfrico presencia de metales de desgaste interno

8. MATERIA CARBONOSA


En un aceite de motor la presencia de materia carbonosa es el resultado del


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II. Efecto de los fallos sobre la contaminacin con materias carbonosas en elaceite.

Los fallos que producen un aumento anormal de materias carbonosas en elaceite de un motor son:

Fallos del sistema de inyeccin. Turbocompresor defectuoso o intercooler obstruido. Filtro de aire obstruido.

que estn asociados a una combustin anormal. Adems hay otros tipos defallos que favorecen este tipo de contaminacin, como son:

Desgaste excesivo del conjunto segmentos-camisas. Degradacin del aceite.

Filtro de aceite obstruido o ineficiente.

10. AGUA


La contaminacin con agua procede, en un motor, de la condensacin en elinterior por bajas temperaturas o aumento de la presin en el crter. Tambinlas puede producir las posibles fugas del sistema de refrigeracin. El efecto delagua sobre el aceite es su degracin y corrosin de los metales.

Existen varios mtodos para su medida:

-Mtodo de la crepitacin en plancha caliente, el ms utilizado comoindicador cualitativo de presencia de agua en cantidades superiores a0,05%. Consiste en dejar caer una gota de aceite en una planchacaliente y observar si se produce crepitacin . La intensidad del ruido decrepitacin es una indicacin de la cantidad de agua contaminante.


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Se considera que un aceite tiene una contaminacin de agua

inadmisible y, por tanto, debe ser sustituido cuando se alcanza ms deun 0,5%.

11. 0TROS ELEMENTOS CONTAMINANTES

I. Definicin y Tcnica de Medida

Son elementos metlicos o n (hierro, cobre, slice, boro, etc.) queentran al aceite provenientes tanto de fuentes externas como internas.

Su anlisis alertan, por tanto, tanto del posible desgaste de elementos

internos como sobre otras posibles fuentes de contaminacin.En la pgina siguiente aparece una tabla con los elementoscontaminantes y su posible procedencia en el aceite.


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TABLA 1. Fuentes corr ientes de elementos encontrados mediante anlis isespectromtrico de aceite.

Elemento Fuente

1. Hierro (Fe) Es el ms comn de los metales de desgaste.Paredes de cilindros, guas de vlvulas, segmentos de cilindros, rodamientos de bola,levas, balancines, engranajes, cadenas, muequillas de cigeal.

2. Aluminio (Al) Pistones, cojinetes y polvo de contaminacinexterna.

3. Cobre (Cu) Presente en forma de aleacin, bien broncebien latn. Arandelas y cojinetes.

4. Magnesio (Mg) Aditivo detergente del lubricante.5. Sodio (Na) Agua en equipos marinos.

6. Nquel (Ni) Metal de vlvulas de alta resistencia y labesde turbinas.

7. Plomo (Pb) Cojinetes. Contaminacin en motores que

utilicen gasolinas con plomo.

8. Silicio (Si) Se encuentra en la mayora de muestras deaceite debido a polvo en el aire, juntas, y en algunos aceites aparece como agenteantiespumante.

9. Estao (Sn) Cojinetes y restos de soldadura blanda.

10. Boro (B) Aditivo del aceite.

11. Bario (Ba) Aditivo detergente del aceite.

12. Molibdeno (Mo) Segmentos de pistones y aditivo del aceite.


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ESPECTROMETRIA

Es el mtodo de determinacin y cuantificacin de elementos contaminantes enel aceite ms usado.

Se basa en la propiedad de los tomos de emitir radiacin compuesta delongitudes de onda caractersticas de cada elemento cuando son excitados. Estaradiacin es funcin de la configuracin electrnica del tomo, de forma que

elementos diferentes emiten radiaciones diferentes, lo que permite suidentificacin.

Para el anlisis de elementos contaminantes en aceites usados se aplicanmtodos de espectrometra tanto de emisin como de absorcin, aunque laespectrometra de emisin tiene el inconveniente de ser insensible a partculasde ms de 5m.

Se recomienda no usar slo la concentracin de partculas como parmetro dediagnstico pues al aumentar la severidad del fallo tambin aumenta el tamaode las partculas, como se puede apreciar en la siguiente figura:


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FERROGRAFIA

Es una tcnica analtica que separa las partculas magnticas del aceite, aplicndole uncampo magntico (Fig. 2). Las partculas grandes se depositan primero y las pequeasrecorren una mayor distancia en el porta-objeto.


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-Anlisis de los ferrogramas al microscopio para diagnosticar modos de fallo basadoen el tamao y forma de las partculas.

La eficacia de la Ferrografa depende obviamente de la facilidad de separacinmagntica de las partculas del aceite.

En relacin con la Espectrometra, la Ferrografa produce mejores datos cualitativossobre morfologa de las partculas, distribucin de tamaos (de 2 a 20 m), modo de

desgaste ycaractersticas metalogrficas, pero no tiene la calidad cuantitativa de laespectrometra.

II. Efecto de los fallos sobre los elementos contaminantes del aceite.

Los fallos ms importantes asociados con la presencia de elementos contaminantesen un aceite de motor son:

1. Desgaste anormal del conjunto camisa-segmentos.

Genera partculas de hierro y cromo, salvo que solo procedan de la camisa encuyo caso genera solo partculas de hierro.

Son los elementos ms sometidos a desgaste en un motor y como la pelculade aceite entre ambos suele ser de 3 a 7 m, se deduce que las partculasgeneradas por este tipo de desgaste tendrn menos de 10 m.

2. Desgaste anormal del pistn o alojamientos de los segmentos.

Como quiera que la mayora de los motores actuales tienen el pistn enaleacin de aluminio, el desgaste del pistn se detecta por un aumento delcontenido en aluminio del aceite.

3. Desgaste anormal del cigeal.


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5. Desgaste anormal del rbol de levas y empujadores.Este es el segundo conjunto en importancia en lo referente al desgaste de unmotor y, por consiguiente, en la aportacin de hierro que es su principalconstituyente.

El espesor de pelcula de aceite entre levas y empujadores est en el rango de 0 a1m, por lo que las partculas generadas suelen ser de tamao inferior a 1m.

6. Motor muy desgastado o gripado.

Se trata de un desgaste global del motor y, consecuentemente, se detectar por lapresencia de la mayora de los elementos contaminantes del aceite en valoreselevados, acompaado de una gran velocidad de desgaste.

7. Filtro de aire roto o mal instalado.

Produce un aumento de elementos como slice y aluminio en el aceite, provenientesdel polvo atmosfrico.

8. Filtro de aceite obstruido o ineficiente.

Cuando se obstruye el filtro de aceite, la circulacin del mismo se produce por elby-pass, con lo que aumenta la contaminacin del aceite rpidamente.

III. Parmetros de diagnstico de los elementos contaminantes del aceite.

-Parmetros de diagnstico en Espectrometra.

Se utilizan la concentracin de partculas y la velocidad de contaminacin, Laconcentracin se expresa en ppm de cada elemento metlico y el valor lmite dependedel tipo de motor y condiciones de servicio, siendo lo ms aconsejable hacer unseguimiento de la evolucin de cada motor.

-Parmetros de diagnstico en Ferrografa.

Se usan la densidad del ferrograma y la lectura directa del ferrograma (D).


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11. ANLISIS DE LA MANCHA DE ACEITE

I. Descripcin del mtodo.

Consiste en depositar una gota de aceite usado sobre un papel de filtrodeterminado y observarla al cabo de varias horas. La gota se deposita con unavarilla de vidrio de 6 mm. de dimetro para que el ensayo sea repetitivo; sin

embargo, aunque el tamao de la mancha est influido por el volumen de lagota, su configuracin no se altera sensiblemente.

La mancha presenta generalmente tres zonas como se observa en la figura:

| Zona central o de carbn con su barrera lmite


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II. Interpretacin de la mancha.- La zona central est formada por partculas insolubles. Su opacidadcaracteriza el contenido en carbn.

- La zona intermedia, ms o menos oscura, caracteriza el poder dispersanteresidual del aceite. Se aprecia, por tanto, la dispersividad por la diferencia dedimetros de las dos zonas.

En esta zona intermedia tambin se aprecia el contenido en agua: el anillo dedifusin aparece irisado de rayos y dientes de sierra, como un sol.

- La zona exterior, desprovista de materias carbonosas, es donde llegan lasfracciones ms voltiles del aceite o combustible contaminante. Sucoloracin ms o menos amarillenta est relacionada con la oxidacin delaceite o con la presencia de combustible.

12. CONTROL DE ACEITES EN SERVICIO

Un problema relacionado con el mantenimiento del sistema de lubricacin y que seplantea al tcnico de Mantenimiento es cundo debe cambiar el aceite por otronuevo, es decir, cundo se agotan las propiedades de un lubricante. Conocer este

aspecto es vital para un buen mantenimiento de la maquinaria y, a su vez, para evitarcostos por cambios prematuros.

Para ello se recurre a analizar las propiedades ms significativas. Estos valores juntocon las tolerancias que se apuntarn seguidamente, resuelven el problema planteado.

CARACTERSTICAS VALORES LMITES MEDIOS

MOTORES TRMICOS (MEP y MEC)

Viscosidad Del 25 al 35% de su valor a 100CTBN No inferior del 35% del valor originalTAN No ms alto que el 80% del TBN


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Porcentaje de depsito |Motores de Cruceta. No superior a 0,8%

|Motores de Tronco:

*Alta velocidad. No superior a 2%*Media velocidad. No superior a2,5%

TAN |Motores de Cruceta. Alrededor de 1 mgKOH/gr.

|Motores de Tronco:

*Alta velocidad. 1,5 mg KOH/g*Velocidad media. 2 mg KOH/g

TBN Mnimo 7

REDUCTORAS DE ENGRANAJES

Viscosidad Incremento no superior al 10% (valororiginal)

Insolubles


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ACEITES DE COMPRESORESViscosidad Mxima variacin 20%Indice neutralizacin Mximo 0,4Agua 0,2% MximoEspumas 0 c.c. a los 600 segundosEmulsin 60 min. para un valor mximo de 3 ml. de emulsin.

ACEITES AISLANTES

Viscosidad Mximo 11 cst a 40CMximo 25 cst a 20C

Indice neutralizacin 0,25 MximoTensin interfacial 17 dinas/cm mnimoRigidez dielctrica 18 KV mn.

Los lmites anteriores se han ido estableciendo con la experiencia de fabricantes y usuarios.Sin embargo cada vez aparecen ms normas relativas al anlisis de lubricantes paramantenimiento predictivo. Entre ellas citaremos como ms importantes:

ASTM D 4378 Para turbinas de vapor y de gas ASTM D 6224 Para engranajes, bombas, compresores y sistemas hidrulicos.

-Estas normas recogen los siguientes aspectos:

Test de aceptabilidad de un lubricante nuevo Procedimiento de adquisicin de muestras para lubricantes en servicio Informacin para la interpretacin de resultados de los ensayos Niveles de alarma de lubricantes en servicio Fuentes de procedencia de elementos inorgnicos

-Para el control del deterioro del lubricante con el tiempo de servicio es aplicable la ISO 3448.

-Otras normas especficas para el control predictivo:

ISO 4406 (1987)


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Diagnstico de Averas por Anlisis de la Degradacin del Aceite

Tcnicas de Mantenimiento Industrial22

VALORES LIMITES APROXIMADOS DELCONTENIDO EN METALES DE DESGASTE

Fe Cr Pb Cu Al Ni Si

M. DIESE L 150 25 25 40 30 10 20

M. GASOLINA 400 50 - 75 75 15 60TRANSMISIONES 500 10 50 300 50 20 40

DIFERENCIALES 800 10 50 300 50 10 60

VALORES EN ppm.

ESTOS VALORES NO SON LMITES ABSOLUTOS. EL TIPO DE VEHCULO, TIPO DE SERVICIO, TIPO DE

ACEITE E HISTORIA DEL MECANISMO HAN DE SER TENIDOS EN CUENTA.

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