analisis de lubricantes

Principios y fundamentos de Ingeniería de M antenimiento

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Capítulo

CUATRO

Diagnóstico

mediante el Análisis

de Lubricantes

Diagnóstico mediante el Análisis de Lubricantes


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Capítulo CUATRO

Diagnóstico mediante el Análisis de

Lubricantes

La lubricación tiene por finalidad la reducción de la fricción entre dos superficies con

movimiento relativo y que se hallan en contacto entre ellas. Reduciendo la fricción se

va a reducir también el desgaste de las piezas, con lo cual se esta otorgando a las

mismas una mayor esperanza de vida útil productiva. La reducción de la fricción y el

desgaste son los objetivos primordiales de la lubricación pero no debe perderse de vista

otras misiones que pueden ser cumplidas con la lubricación tales como: evitar la

corrosión, evacuar el calor generado, eliminar las partículas que aparecen debidas al

propio funcionamiento, amortiguar los golpes y reducir los ruidos, proteger contra la

herrumbre y la corrosión así como contribuir al arrastre de los contaminantes. La

sustancia utilizada para obtener estas funciones se denomina lubricante.

Debido a que la fricción entre dos cuerpos sin lubricación entre ellos, proviene

principalmente de la adhesión y deformación, siendo la primera la más importante, la

principal exigencia a la lubricación es que reduzca la fuerza necesaria para cizallar las

uniones que se forman entre las asperezas de las superficies. Esto se puede conseguir

por dos vías, interponiendo entre las asperezas un material que pueda cizallarse de

manera más fácil o bien, mediante la utilización de una sustancia química que altere la

resistencia al cizallamiento de las asperezas.

El material interpuesto entre las asperezas puede estar en diferente fase: sólido, líquido o

gaseoso. Cuando el material esta en estado sólido convencionalmente se denomina


“Lubricación sólida”, en los otros casos se llama “lubricación fluida”. Esta última es el

más empleado actualmente y se caracteriza por el reemplazo de la fricción adhesiva

por la fricción viscosa originada por la fuerza necesaria para cizallar el fluido.

La tribología es la ciencia y tecnología que estudia la interacción de las superficies en

movimiento relativo, que se encuentran en contacto mutuo, y los fenómenos con ellos

relacionados. Es una ciencia relativamente nueva y actualmente cuenta con muchas

y diversas ramificaciones en distintas tecnologías aplicadas. Comprende temas como

la fricción, el desgaste, la lubricación, diseño y mantenimiento, etc.; es por ello que esta

considerada como una ciencia interdisciplinar.

4.1 Conceptualizaciones

En este apartado se pretende explicar la importancia que tienen los lubricantes en las

partes mecánicas de equipos o máquinas y ser capaz de reducir el rozamiento, calor y

desgaste, cuando se introduce como una película entre superficies sólidas. Asimismo

desarrollar un resumen de la forma actual de obtener y homologar los lubricantes.

4.1.1 Tipos de lubricación Pueden distinguirse tres formas distintas de lubricación: lubricación hidrodinámica,

lubricación límite o de contorno y lubricación hidrostática2 9

.

29 Benlloch, J.M.; Lubricantes y lubricación aplicada, CEAC, España - 1985

Figura 4.01: Lubricación hidrodinámica en un cojinete de deslizamiento


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En la lubricación hidrodinámica, también denominada lubricación de película gruesa,

fluida, completa o perfecta; las superficies están separadas por una película de

lubricante que proporciona estabilidad. La presión de lubricante necesaria la

proporciona el movimiento relativo de cada una de las superficies. Cuando una

superficie se desplaza respecto a otra y los planos no son paralelos y entre ellas se

interpone una pequeña película de lubricante, se genera un gradiente de presión

capaz de soportar cargas que actúen sobre las superficies y evitando que se toquen

entre ellas. Es la lubricación que se da, por ejemplo, en un cojinete:

En la lubricación límite la película de lubricante es tan fina que existe un contacto

parcial metal-metal. Puede pasarse de lubricación hidrodinámica a límite por caída de

la velocidad, aumento de la carga o disminución del caudal de aceite, en este tipo de

lubricación (de película delgada, imperfecta o parcial) la composición química es

mucho más importante que la viscosidad del lubricante.

La lubricación hidrostática consiste en la introducción de lubricante a presión entre dos

superficies, creando una película lo suficientemente espesa como para que puedan

deslizarse entre ellas, evitando el posible rozamiento y los daños que provocarían el

calentamiento y el desgaste resultantes. El movimiento relativo entre las superficies

puede ser muy lento y soportar grandes cargas. También puede emplearse agua o aire

como lubricante.

En un cojinete, por ejemplo, pueden darse los tres tipos de lubricación:

Lubricación hidros tática durante el arranque. El aceite se introduce a

presión para elevar el rotor

Lubricación límite, la capa de lubricante es muy pequeña. Se produ ce durante el

arranque o parada

Lubricación hidrodinámica, el lubricante se introduce entre las superficies por el propio movimiento del motor que crea

un gradiente de pres ión

Figura 4.02: Tipos de lubricación


Lubricación hidrostática cuando está parado y se quiere arrancar. En ese

momento se inyecta lubricante a presión que ‘eleva’ ligerísimamente el rotor

para introducir una capa que facilite el arranque y minimice la fricción

Lubricación límite. Durante el arranque o la parada la capa de lubricante se

hace muy fina

Lubricación hidrodinámica. Es la que se produce durante el funcionamiento a

régimen normal

Se ha establecido la lubricación Elastohidrodinámica, cuyo concepto de Lubricación es

poco conocido. En términos simples, es cuando las superficies en contacto se

deforman en forma elástica o sea que vuelven a su posición inicial y la película de

lubricación atrapada entre las superficies provee una lubricación hidrodinámica

microscópica. Aquí el espesor de la película lubricación puede ser < 1 μm.

4.1.2 El sistema de lubricación Además de proporcionar una capa entre piezas móviles que evite los efectos del

rozamiento, el sistema de lubricación tiene que asegurar que el lubricante llegue a las

partes más críticas y susceptibles de las máquinas de manera que puedan cumplirse

las funciones secundarias:

Facilitar el arranque en frío, bien lubricado y con el aceite a la temperatura

adecuada debe arrancar en cualquier condición de clima o temperatura

externa, debiendo mantenerse lo suficientemente fluido como para llegar a

todos los puntos que deben ser lubricados.

Refrigerar, el lubricante es el principal refrigerante de las piezas en contacto.

Limpiar el mecanismo internamente, un buen lubricante tiene un efecto de

escoba, arrastra al cárter partículas de extrañas al sistema. Esta suciedad se

mezcla con el aceite y es eliminada en cada cambio de aceite.

Prevenir la oxidación, una formulación adecuada deposita una película

química sobre las piezas del motor. De esta manera las aísla del agua como

un escudo protector de los metales, quedando protegido de la corrosión

producida por la humedad.

4.1.3 Obtención de lubricantes El fluido básico que constituye la mayor parte de los aceites lubricantes es una mezcla

de dos o más componentes normalmente denominados aceite base. Estos pueden ser

productos derivados del petróleo crudo (aceites minerales) o bien otros productos


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químicos de obtención sintética que en los últimos años están ganando terreno a los

aceites minerales.

Estos productos son obtenidos a partir de reacciones orgánicas tales como alquilación,

condensación, esterificación, polimerización, etc. Los productos de partida pueden ser

uno o más componentes orgánicos relativamente puros. Generalmente se simple

composición, estos productos son obtenidos por el procesado químico de fracciones

de petróleo, gas natural o componentes grasos animales o vegetales.

Dentro los aceites base se va a considerar tres fuentes diferentes que se ven a detalle a

continuación.

Aceite base obtenido del refino del petróleo

El petróleo está formado por hidrocarburos, compuestos de hidrógeno y carbono,

oxigeno, nitrógeno y azufre en menor cantidad. De todas formas su composición

química no es siempre igual y puede hablarse de tantas clases como campos

petrolíferos. Son aceptadas tres grandes divisiones en función de las clases de

sustancias que contienen en mayor cantidad: crudos de base parafínica (hidrocarburos

de cadena lineal o ramificada), crudos de base nafténica (cicloparafinas) y crudos de

base mixta o intermedia. Las principales características y diferencias entre ellos se

presentan en la siguiente tabla.

Parafínicos Nafténicos Aromáticos

Densidad Baja Elevada Muy alta

Punto de inf lamac ión Alto (necesidad de

desparafinar o

aditivar con

depresores de

punto de

congelamie nto)

Bajo (ause ncia de

punto de nieb la)

Muy bajo

Índice de viscosidad Alto Bajo Muy alto

Volatilidad Baja (alto punto de

inf lamació n)

Alta (bajo punto de

inf lamació n)

Muy alta

Carbono Conradson Medio, adherente y

de aspecto

granuloso

Bajo, poco

adherente,

aspecto

pulvure nto

Elevado


Poder disolvente a degradación No presenta Presenta Alto

Oxidació n Retardada con

formación de

ácidos más o

menos corrosivos

Sin periodo de

inducc ión, menor

acción corrosiva

pero da

formación de

precipitado

Gran oxidabilidad y

precipitació n de

productos solubles

Punto de anilina Alto Bajo Muy bajo

Las etapas más importantes de refino son las siguientes:

Destilación atmosférica.- El petróleo es calentado a una temperatura cercana a los

350°C. Se evapora parcialmente y, según la volatilidad de sus componentes, se separa

en "cortes" que son recogidos en diversas bandejas colocadas a lo largo de la columna

de destilación; de esta forma se obtienen en alto de la torre de destilación los gases, las

gasolinas, y en las bandejas inferiores, los querosenos y posteriormente los gasóleos.

Finalmente en la parte inferior, los productos pesados que serán utilizados para la

fabricación de lubricante e incluso como el asfalto.

Destilación al vacío.- Los residuos pesados de la destilación atmosférica contienen tres

componentes principales: parafinas, Nafténicos y aromáticos. Dichos residuos pasan

por una segunda destilación al vacío, lo que posibilita la evaporación de los

Figura 4.03: Propiedades características de los distintos tipos de hidrocarburos

Figura 4.04: Etapas de refinado


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hidrocarburos a temperaturas lo suficientemente bajas como para evitar su

deterioración. En la parte alta de la columna se recoge el gasóleo y en la parte inferior,

el residuo. Entre ellos se obtiene tres o cuatro pares de destilados que posteriormente

pasarán por un cierto número de operaciones hasta que se les retiren los productos no

deseados, antes de su utilización como aceites lubricantes.

El desasfaltado.- Esta operación consiste en eliminar los asfaltos, se realiza en una

columna de extracción con propano. Se obtiene un aceite muy viscoso, rico en

componentes aromáticos que le confieren una débil resistencia a la oxidación.

La refinación con furfural.- En la actualidad, los nuevos procedimientos como la

hidrorefinación están siendo utilizados para obtener aceites a partir de la destilación

petrolífera. Los aceites minerales obtenidos en este proceso son considerados "no

convencionales", pues poseen características próximas a las de los aceites sintéticos.

La desparafinación.- Después de la segunda extracción, el producto refinado recogido

contiene una proporción importante de parafinas lineares que poseen un punto de

congelación muy elevado. El objetivo de esta operación es enriquecer el substrato con

parafinas ramificadas, lo que significa que poseerán un bajo punto de congelación.

El acabado.- El acabado tiene por objetivo estabilizar los aceites que han pasado por

diversos tratamientos térmicos durante el proceso de refinación, especialmente las

destilaciones y las recuperaciones de solventes.

La hidro-refinación.- Es un proceso que se remonta a 1960, las condiciones del proceso

son severas: temperaturas en torno a los 400°C, presión entre los 150 y los 180 bares.

Gracias a un craqueo catalítico este procedimiento transforma los aromáticos de

cadenas lineales en vez de eliminarlas.

Aceite base reciclados Durante la crisis del petróleo en la década de los 70, varios procesos fueron

desarrollados en orden a obtener aceites base de alta calidad a partir del reciclado del

aceite usado. Algunas plantas fueron puestas en marcha y funcionaron durante algún

tiempo pero generalmente con muy malos resultados económicos. Los altos costes

asociados a la recogida de los aceites usados y los sofisticados procesos de refino eran

los principales inconvenientes.

Los aceites reciclados pueden sustituir satisfactoriamente los aceites base directamente

derivados del petróleo con el correcto proceso de tratamiento que elimina todos sus


contaminantes3 0

. De hecho todos los aceites reciclados poseen características

superiores frente a la oxidación que los aceites vírgenes ya que los compuestos más

fácilmente oxidables ya han reaccionado durante su uso primario y son eliminados en

el proceso de reciclado.

Otros tipos de Aceite base Los hidrocarburos y otros compuestos químicos pueden ser diseñados para cumplir

requerimientos más críticos y pueden aportar un nivel de comportamiento superior

sobre periodos prolongados y en determinados casos con fuertes solicitaciones sobre el

lubricante.

Normalmente están constituidos por un solo tipo de molécula y usualmente de un

tamaño restringido y pueden aportar una combinación de propiedades que no puede

alcanzarse con la mezcla de bases directamente obtenidas del petróleo, entre ellas se

pueden encontrar:

• Diésteres, tienen poca viscosidad pero tienen excelentes propiedades de

temperatura de -60 a +120°C y, con aditivos adecuados, que ofrecen buena

protección contra la corrosión.

• Aceites de silicona, poseen una gama adecuada de temperatura es -70 a +

200°C. No obstante, las propiedades de estos aceites en cuanto a la

protección contra la corrosión, son limitadas. Los aceites de flúor-silicona tienen

mejores propiedades que los demás.

• Aceites fluorados, la designación completa de estos aceites es éter alkilico-

polifluorado. Tienen buena estabilidad a la oxidación y buenas propiedades EP,

y son apropiados para temperaturas de hasta +250°C. Su alto precio ha

restringido hasta ahora su demanda.

• Aceite poliglicol, estos aceites forman un grupo que está creciendo en interés,

principalmente para equipos a lubricar con temperaturas de funcionamiento a

mas de +90°C. Su estabilidad a la oxidación es buena. Han llegado a durar

hasta 10 veces más que sus correspondientes aceites minerales. Los aceites de

poliglicol no espesan ni forman depósitos de coke. Su densidad es mayor que

1, por lo que el agua libre flota sobre el aceite. No obstante, con fuerte

agitación forman dispersión.

30 Mang, T.; Lubricants and Lubrications. Wiley-VCH. Weinhein, 2001


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• Hidrocarburos sintéticos (aceites SHC), la viscosidad de estos aceites es

relativamente independiente de temperatura, se pueden usar de -50 a

+160°C.

• Otros como: esteres fosfátos, hidrocarburos hidrogenados, Hidrocarburos de

síntesis, Oligomeros de oleofinas, Esteres orgánicos.

4.1.4 Aditivos de lubricantes Los aditivos son sustancias incorporadas a los aceites y grasas lubricantes en pequeñas

proporciones para impartir o modificar propiedades específicas, dependiendo de la

aplicación final del producto. Un lubricante actual de calidad puede contener hasta

un 20% de contenido de aditivos, por lo cual se los ha agrupado en tres familias

generales de aditivos: Los que refuerzan ciertas propiedades de los lubricantes, los que

imparten nuevas características y los que protegen al propio lubricante para evitar que,

por efecto del uso, se modifiquen sus características.

A continuación se detallan los aditivos más comunes utilizados en la formulación de

lubricantes3 1

:

Antioxidante.- Los lubricantes, al estar sometidos a elevadas temperaturas y en

presencia de aire (oxigeno), tienden a oxidarse. El mismo efecto ocurre por la presencia

de metales de desgaste (cobre, hierro, bronce, otros) que, combinados con la

humedad presente en el aceite por efecto de la condensación, actúan como

catalizadores de la oxidación. El efecto de la oxidación se refleja como un incremento

tanto de la viscosidad como en la acidez del aceite, lo que se traduce en la formación

de lacas, barnices o depósitos de carbón en las superficies calientes.

Los aditivos antioxidantes minimizan estos efectos en el lubricante, permitiendo extender

su vida útil.

Detergentes y dispersantes.- Estos aditivos son utilizados básicamente en formulaciones

de aceites para motores de combustión interna para evitar la formación de lacas y

lodos que tienden a depositarse en las partes internas del motor, que genera un

incremento en las fugas de aceite a la cámara de combustión y de los gases

producidos por la combustión hacia el aceite. La función del aditivo detergente se

31 Albarracín, P.; lubricación industrial y automotriz. Editorial Omega, Colombia

2003


reduce a evitar o minimizar la formación de estos depósitos, la incorporación de estos

aditivos al aceite produce un efecto colateral, facilitan la formación de emulsiones.

Los aditivos dispersantes se utilizan para mantener en suspensión a los contaminantes,

para que sean atrapados por el filtro de aceite o sean removidos del motor con el

cambio de aceite.

Antidesgaste.- Para reforzar la capacidad lubricante de los lubricantes bajo

condiciones de lubricación mixta se incorporan aditivos de naturaleza polar que son

muy afines a las superficies metálicas reduciendo así la fricción entre las superficies.

Dependiendo de las condiciones de operación, se utilizan compuestos diferentes que

se adecuan al uso específico del lubricante. Estos aditivos, al adherirse firmemente a la

superficie, cumplen con una función secundaria de protección contra la herrumbre

provocada por la condensación de agua sobre la superficie.

Extrema presión.- Bajo condiciones severas de operación donde hay cargas elevadas y

altas temperaturas, se utilizan aditivos de extrema presión para reducir la fricción y

aumentar el área de carga. Estos aditivos reaccionan químicamente con la superficie

metálica formando un substrato mas “maleable” que deforma las irregularidades de la

superficie para aumentar el área de carga, logrando así una mejor distribución de los

esfuerzos.

Estos aditivos se activan a elevadas temperaturas, como las que se presentan al entrar

en contacto los picos de las asperezas de las superficies deslizantes. Entre las

aplicaciones más comunes de estos aditivos están las de los aceites para engranajes,

excluyendo los de bronce.

Mejoradores de índice de viscosidad.- Todos los aceites indistintamente de su

naturaleza, pierden viscosidad al calentarse. Para reducir este efecto se incorporan

aditivos que modifican el índice de viscosidad del aceite base, haciendo su viscosidad

más estable a los cambios de temperatura. Los compuestos utilizados para lograr este

efecto son polímeros que, al calentarse incrementan su volumen dificultando su

movilidad lo que se refleja como incremento en la viscosidad. Este efecto, en el seno

de un aceite cuya viscosidad se ve reducida por el incremento en la temperatura, se

traduce en una menor reducción de la viscosidad de la mezcla.

Son utilizados en aceites multigrado para motor y en general para aceites que van a

operar a temperaturas que varían en rangos amplios.

Antiespumantes.- Los aceites básicos tienden a formar espuma cuando son sometidos

a fuerte agitación. La cantidad de espuma generada depende del grado de

refinación del crudo así como de la naturaleza del mismo. El efecto negativo de la


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formación de espuma en un aceite se traduce en pobre capacidad lubricante

(mezcla, aire- aceite), mayor oxidación del aceite por contacto prolongado con el aire

y en algunos casos a una reducida refrigeración del lubricante.

Esta última consecuencia se produce por la capa de espuma que separa al aceite del

aire y que actúa como un aislante térmico, lo cual termina en una reducción de la

viscosidad con la posible pérdida de la película lubricante. Los aditivos

antiespumantes, generalmente siliconas, reducen la tensión superficial de las burbujas

de aire, permitiendo así la coalescencia entre ellas para formar burbujas mayores más

fáciles de destruirse. Estos aditivos son utilizados en la gran mayoría de las

formulaciones de aceites lubricantes.

Antiherrumbre.- La condensación de agua en los equipos al entrar en contacto con las

superficies metálicas tiende a provocar la herrumbre. Para evitar este efecto se

incorporan a los aceites aditivos muy polares que tienen una gran afinidad por los

metales creando una barrera entre estos y el agua condensada.

Anticorrosivos.- El azufre presente en los combustibles así como algunos de los

elementos de los antidetonantes tienden a formar ácidos fuertes durante la combustión.

Estos ácidos fuertemente corrosivos atacan las superficies metálicas provocando serios

daños a los equipos. Para evitar este efecto dañino de la formación de estos ácidos se

incorporan a los aceites aditivos alcalinos que neutralizan los ácidos condensados en

los cilindros que progresivamente van pasando al aceite. La presencia de estos aditivos

en los aceites se miden por el número de base total (Total Base Number TBN ).

Depresores de punto de fluidez.- Estos compuestos permiten a los aceites operar a

temperaturas inferiores sin congelarse. Son incorporados a aquellos aceites que están

destinados a operar a temperaturas muy inferiores a los cero grados centígrados. El

punto de fluidez de un aceite parafinado generalmente está entre 0 y -9°C.

Colorantes.- Son aditivos cuya única función radica en modificar la coloración del

lubricante, como en el caso de los lubricantes diseñados para transmisiones

automáticas, que se colorean de rojo para facilitar la selección y evitar confusiones.

También son utilizados en aceites para motores a gasolina de dos tiempos estos aceites

deben ser mesclados en la gasolina y, al hacerlo, le modifica el color al combustible, lo

que permite verificar la presencia del aceite.

Emulsificantes.- Son aditivos que permiten dispersar pequeñas gotas de aceite en agua

para formar un líquido lechoso de apariencia homogénea, conocido como emulsión.

Si bien son mezclas inestables, se pueden lograr combinaciones de componentes que


permiten lograr emulsiones que permanecen estables por largo tiempo. Los

emulsificantes están compuestos por moléculas con una parte hidrofilia que tiende a

solubilizarse en agua y el grupo lipofilico, con tendencia a solubilizarse en aceite.

Demulsificantes.- Son aditivos que promueven una rápida separación del agua, de esta

forma se evita que una posible contaminación del aceite con agua genere deterioros

a los equipos donde sea utilizado: aceites para equipos marinos, turbinas y sistemas

hidráulicos entre otros.

Bactericidas.- Son utilizados para evitar o controlar el crecimiento de colonias de

bacterias en los fluidos. La proliferación de bacterias en las emulsiones, afecta la

estabilidad de las mismas a la vez que las vuelven acidas. Este efecto tiende a generar

corrosión de los metales, malos olores e irritación en la piel. También son utilizados en

algunos lubricantes no emulsionables y en combustibles donde la condensación del

agua en el fluido puede crear un hábitat adecuado para las bacterias.

Promotores de adherencia.- Son polímeros que incorporados a los lubricantes, les

imparten una mayor adherencia para reducir el escurrimiento. Generalmente se utilizan

en grasas y en aceites para guías de máquinas y herramientas o para herramientas

neumáticas.

Agentes grasos.- Son compuestos de origen animal y/o vegetal que tienen gran

capacidad de desplazar el agua. Son utilizados comúnmente en equipos que operan

con vapor o aquellos que están expuestos a ambientes húmedos.

Aditivos con un efecto polar.- Las grasas animales y vegetales, los ácidos grasos y

ésteres, tienen un efecto polar que hace a las moléculas tomar una orientación

perpendicular a pequeñas adiciones de estas sustancias hacen que mejore la

capacidad de absorción de presión que disminuya el rozamiento a temperaturas de

hasta unos 100°C máximo.

Aditivos EP activos.- Estos aditivos, fósforo y compuestos de cloro y azufre, actúan de

forma diferente a los anteriores. No se conoce en detalle como trabajan, pero,

después de reacciones intermedias, se obtiene finalmente una combinación química

con la superficie metálica. Los compuestos fosfuros, cloruros y sulfuros, tienen mucha

menor resistencia que el metal y pueden cizallarse fácilmente. El aditivo de cloro es

activo de 150 a 400°C, el de azufre entre aproximadamente 250 y 800°C, mientras que

los de fósforo reaccionan a temperaturas menores. Estas temperaturas están muy

localizadas y limitadas en un tiempo de una diezmilésima de segundo en el que dos


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zonas metálicas están en contacto. Algunos compuestos de plomo también tienen el

mismo efecto.

Aditivos sólidos.- Los aditivos sólidos, como el bisulfuro de molibdeno, pueden también

mejorar las propiedades lubricantes. El tamaño de las partículas debe ser de unas 0.2

micras, pudiendo así permanecer en suspensión en el aceite. Las partículas mayores o

menores que éstas, sedimentaran. Cuando hay que filtrar un aceite que contienen

aditivos sólidos, el tamaño de los poros debe ser al menos de 20 a 30 micras, ya que

de otra forma el descenso de presión en el sistema será innecesariamente grande.

4.1.5 Clasificación y especificación de los lubricantes La primera propiedad de los lubricantes en ser clasificada fue la viscosidad y la

clasificación de viscosidad SAE (Society of Automotive Engineers) ha sido la base de la

misma desde su admisión a principios de 1900. Ello no quiere decir que no cambio

desde entonces y es ahora mundialmente adoptada habiendo alcanzado la

designación de un estándar ISO.

La clasificación de los aceites esta muy relacionada con las especificaciones y la

homologación de los mismos, en orden a conseguir dos claros objetivos: por una parte

ayudar al usuario final a seleccionar el lubricante correcto para su aplicación y por otra

parte proteger al fabricante del equipo y al del aceite de posibles demandas por parte

del usuario final que ha hecho un uso inadecuado de sus productos.

Clasificación ISO para aceites industriales La Organización de Normalización Internacional, debido a la existencia de varios

sistemas de clasificación, género un único sistema para evitar las tablas de conversión

de un sistema a otro. Las características de esta clasificación son las siguientes:

• Posee 18 grados de viscosidad, desde 2 hasta 1500 cts. a 40°C

• Cada grado se designa por el número entero más próximo a su viscosidad

cinemática media.

• Cada grado representa un intervalo de viscosidad generado a partir de su

viscosidad cinemática media más o menos (±10 %) de este valor.

Grado

ISO

Viscosidad Cinemática

a 40°C

Límites de viscosidad Cinemáti ca

cts. a 40°C

2 2.2 1.98 /2.42

3 3.2 2.88/3.52


5 4.6 4.14/5.06

7 6.8 6.12/7.48

10 10 9.00/11.0

15 15 13.5/16.5

22 22 19.8/24.2

32 32 28.8/35.2

46 46 41.4/50.6

68 68 61.2/74.8

100 100 90.0/110

150 150 135/165

220 220 198/242

320 320 288/352

460 460 414/506

680 680 612/748

1000 1000 900/1100

1500 1500 1300/1650

Clasificación AGMA para aceites para engranajes La asociación Americana de fabricantes de Engranajes (AGMA) posee dos

clasificaciones de viscosidad para engranajes de uso industrial: Cerrados (AGMA

250.04) y abiertos (AGMA 251.02) para los siguientes tipos de aplicación:

R & O

AGMA

Rango de viscosidad

cts. a 40°C

GRADO ISO EP AGMA Grado AGMA antiguo

SSU @ 100°F

1 41.4 - 50.6 46 193 - 235

2 61.2 - 74.8 68 2 EP 284 - 387

3 90 - 110 100 3 EP 417 -510

4 135 - 165 150 4 EP 626 - 725

5 198 - 242 220 5 EP 918 - 1122

6 288 - 352 320 6 EP 1335 - 1632

7 Comp 414 - 506 460 7 EP 1919 - 2346

8 Comp 612 - 748 680 8 EP 2837 - 3467

8A Comp 900 - 1100 1000 8A EP 4171 - 5098

Protección a la herrumbre y oxidación (R&O), protección extrema presión (EP). En el

primer caso incluye los compuestos (compounded) donde la aditivación esta basada


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en ácidos grasos y se recomiendan frecuentemente para engranajes del tipo sinfín

generalmente construidos de bronce.

Clasificación S.A.E. La norma SAE J300 rige esta clasificación, la última actualización corresponde a

diciembre de 1999 y es mundialmente aceptada, se divide en doce grados de

viscosidad distribuidos en dos series: Con la letra “W” asociada, están definidos por la

temperatura baja de Carter y de bombeabilidad (condición de invierno), además de

un mínimo a 100°C. Sin la letra “W” están caracterizados únicamente por un rango de

viscosidad a 100°C. (condición de verano). Están viscosidades se definen como

aceites monogrado y cuando se combinan las características de ambas series, como

multigrados. Los grados 20,30 y algunos multigrados, especifican viscosidad de alto

corte a 150°C para simular la estabilidad de la viscosidad en cojinetes y anillos y

cilindros bajo condiciones severas de operación.

GRADO

SAE

Viscosidad

Carter °C,cp.

Max

Viscosidad

Bomba °C,cp

max

Viscosidad

cinemática

100°C cts. Min

Viscosidad

cinemática

100°C cts. Max

Viscosidad alto

corte 150°C cp.

min

0w 3250 a -30 60000 a-40 3.8 0 0

5w 3500 a -25 60000 a -35 3.8 0 0

10w 3500 a -20 60000 a -30 4.1 0 0

15w 3500 a -15 60000 a -25 5.6 0 0

20w 4500 a -10 60000 a -20 9.3 0 0

25w 6000 a -5 60000 a -15 5.6 0 0

20 0 0 9.3 menor 9.3 2.6

30 0 0 12.5 menor 12.5 2.9

40 0 0 12.5 menor 16.3 2.9

40 0 0 12.5 menor 16.3 3.7

50 0 0 16.3 menor 21.9 3.7

60 0 0 21.9 menor 26.1 3.7

Respecto a los lubricantes de transmisiones manuales y diferenciales se establece:

grados de invierno 75W, 80W, y 85W determinados por la máxima temperatura baja a

la cual alcanzan una viscosidad de 150.000, medida en centipoise. Grados de verano

90,140, y 250 definidos por un rango de viscosidad a 100°C en centistokes y las

combinaciones de los grados de invierno y verano para dar origen a los aceites


multiclima, siendo en estos casos los más recomendados por los fabricantes el SAE

80w90 y 80w140. Grados semi sintéticos se encuentran como SAE 75w90 y 80w140.

75W 80W 85W 80W90 85W140 90 140 250

viscosidad a 100°C

min. Cts. 4.1 7.0 11.0 13.5 24.0 13.5 24 41.0

max. Cts. NR NR NR <24.0 <41.0 <24.0 <41.0 NR

Viscosidad de 150000 Cp -40 -26 -12 -26 -12 NR NR NR

Clasificación A.P.I. (American Petroleum Institute) El primer lubricante que se utilizo para la lubricación de los motores de combustión

interna era un aceite mineral sin aditivos. Después de un corto periodo de uso, este

aceite mineral puro se oxidaba considerablemente lo cual se reflejaba como un

incremento notable en la viscosidad y la pérdida de las propiedades lubricantes,

además de notarse un desgaste considerable en los motores.

Esto motivo a la SAE a plantear la necesidad de desarrollar un aceite con mayor

resistencia a la oxidación y con propiedades que permitiesen controlar el desgaste.

ASTM diseño las pruebas con motores de banco y estableció los parámetros de

evaluación para los nuevos candidatos que posteriormente serian incluidos por API

dentro de las clasificaciones de nivel de servicio SB, siendo el primero (aceite mineral

puro) el SA. Este proceso continuo a medida que se detectaban nuevas posibilidades

de mejora y los aceites continuaron evolucionando: SC, SD, SE, SF, SG, SH, SJ.

Paralelamente se venia evolucionando de la misma forma en los niveles de servicio de

los aceites para motores que utilizan diesel como combustible: CA, CB, CC, CD, CD,

CDII, CE, CF-4, etc.

El nivel de calidad API viene representado por un código generalmente formado por

dos letras: la primera designa el tipo de motor (S= gasolina y C= Diesel) y la segunda

designa el nivel de calidad

Para obtener esta norma, los lubricantes deben superar cuatro pruebas de motor en las

que se tiene en cuenta:


Página

Página 131

o El aumento de la temperatura de los aceites con los motores en

funcionamiento,

o La prolongación de los intervalos del cambio de aceite preconizado por el

constructor,

o Las prestaciones del motor,

o Las normas de protección del medio ambiente.

Existen 3 tipos de clasificación:

o Clasificación API Transmisión

o Clasificación API Motor Gasolina

o Clasificación API Motor Diesel

Clasificación API transmisión

API- GL1 Para transmisiones de ejes con engranaje helicoidal, y tornillo sin fin y en

determinadas transmisiones manuales. Pueden contener aditivos:

antioxidantes, anti-herrumbre, anti-espuma y agentes que rebajen el

punto de solidificación.

API- GL2 Para transmisiones con tornillo sin fin en las que un aceite GL-1 no es

suficiente.

API-GL-3 Para transmisiones con ejes de engranajes helicoidales que funcionan en

servicio y velocidad moderada, y a las que un aceite GL-1 no les es

suficiente.

API-GL-4 Para transmisiones con engranaje helicoidal y transmisiones hipoides

especiales aplicadas a vehículos que funcionan con velocidad elevada y

con par bajo, o con velocidad reducida y par elevado. Los aditivos

antidesgaste y extrema presión son utilizados.

API-GL-5 Lo mismo que en el punto anterior pero a velocidad elevada y par

extremadamente débil, y velocidad reducida y par elevado. Aditivos

contra el desgaste y extrema presión son añadidos.

Clasificación API de los motores gasolina

SD Para los motores a gasolina de turismos y camiones de 1968 a 1970.

SC Debe ofrecer una protección contra la formación de depósitos a alta

(detergencia) y a baja temperatura (dispersión). Es necesaria una protección

suplementaria contra el desgaste y la formación de herrumbre.

SE Para los motores a gasolina, de turismos y camiones, a partir de 1971. Los

aceites SE pueden remplazar a los SC. Con respecto a la categoría anterior, el


aceite SC ofrece una mejor resistencia contra la oxidación y la formación de

"cold sluge" bajas temperaturas. Es decir el motor está más protegido contra la

herrumbre.

SF Para los motores de gasolina, turismos y determinados camiones a partir de

1980. Los aceite SF pueden remplazar a los SE y SC. Estos aceites dan mejores

resultados que los SE en materia de resistencia a la formación de depósitos,

de protección contra el desgaste y de resistencia contra la corrosión.

SG Para los motores gasolina de turismo y algunos camiones después de 1980

sustituyen a los SF, SG, CC, SE o SE/CC. Los aceites SG tienen mayores

prestaciones que los SF en formación de depósitos, protección contra el

desgaste y resistencia a la corrosión.

SH ídem que SG pero con condiciones de pruebas más estrictas.

SJ Aceite para motor de nivel SH, aunque desarrollado de acuerdo con el

sistema de certificación API según los criterios de múltiples pruebas.

Clasificación API de motores Diesel

CC Para motores diesel con una descripción de funcionamiento normal (motor

diesel ligeramente sobrealimentado) y motor a gasolina. Los aceites CC son

muy detergentes y dispersivos, protegen bastante bien los motores contra el

desgaste y la corrosión.

CD Para motores diesel de uso intensivo, sometido a presiones elevadas,

producidas por turbocompresión. Los aceites CD son muy detergentes y

dispersantes y protegiendo bastante bien el motor contra el desgaste y la

corrosión

CD II Para los motores diesel de dos tiempos concebidos para tareas difíciles.

Limitación estricta de la formación de depósitos y de desgaste. Los aceites

CDII responden a las exigencias de la clase CD presentada anteriormente

pero también satisfacen las pruebas de motor GM de dos tiempos

normalizados, realizados en un Detroit 6V53T.

CE Para los motores diesel con uso intensivo con turbocompresión circulando

desde 1983. Está dirigido a motores de gran potencia con un régimen

elevado, pero también a motores lentos de gran potencia. Los aceites CE

pueden remplazar los aceites CD en todos los motores. A diferencia de las

exigencias de la categoría CD, estos aceites poseen mejores propiedades en

materia de limitación del consumo de aceite, de formación de depósitos, de

desgaste y de espesamiento del aceite.


Página

Página 133

CF4 Similar a la categoría CE pasando además por una prueba de micro-

oxidación. La protección de los pistones y de la garganta de segmento está

especialmente reforzada.

CG4 Para los motores diesel con uso intensivo. Reducción de los depósitos en el

pistón, del desgaste, de la corrosión, de la formación de espuma, de la

oxidación y de la acumulación de hollín a altas temperaturas. Estos aceites

responden a las necesidades de motores adaptados a las normas de emisión

de 1994.

CF Para motores diesel adaptados a las normas de emisión de 1998. Estos

aceites están destinados a garantizar la vida de los motores en las

condiciones más severas. Ellos permiten una extensión de los intervalos de los

cambios de aceite.

Clasificación ACEA motor Los motores de origen europeo exigen otros criterios de los API, en consecuencia los

fabricantes de motores europeos han desarrollado un sistema propio de clasificación.

Esta fue establecida por la ACEA, antigua CCMC o "Comité de Constructores del

Mercado Común", por lo que las normas empleadas son de la CCMC. Este organismo

tiene como principio reflejar la clasificación de la API añadiéndole algunas exigencias.

Las normas ACEA están divididas en tres grupos:

• A para los motores a gasolina

• B para los motores diesel turismo

• E para los motores diesel vehículos utilitarios y camiones

Cada grupo posee varios niveles de calidad indicados por una cifra (1, 2, 3,...), seguida

de las dos últimas cifras del año de introducción de la versión más reciente. Para los

motores a gasolina existen las siguientes normas:

• A5-04: aceites que economizan energía.

• A3-04: aceite para uso severo.

4.2 Tribología en motores de combustión

En los motores de combustión interna, donde el combustible es quemado en el interior

del motor, la lubricación se ve enormemente perjudicada debido a los fenómenos

adicionales y más exigentes a los normales de cualquier máquina industrial: altas


temperaturas, productos de combustión y residuos que pueden contaminar el

lubricante, altos esfuerzos de cizalladura, etc.

Es este el motivo porque la técnica de análisis de lubricantes se ha desarrollado con

mayor amplitud y enfoque hacia los motores de combustión interna, en particular a los

de encendido por compresión, además de su amplia utilización en maquinaria de

construcción en general, su alto costo de inversión y su enorme susceptibilidad a la

disponibilidad productiva de cada maquinaria. Por ello también, en delante de este

capítulo se dará referencia a este campo de aplicación específico.

La siguiente figura muestra los problemas asociados a la lubricación en un típico motor

de combustión interna.

Un moderno lubricante no solo debe ser estable a altas temperaturas y mantener la

viscosidad adecuada en un amplio rango de temperaturas para el correcto

funcionamiento para el motor, sino que además debe contrarrestar los perniciosos

Figura 4.05: Requerimi entos d el lubricante en motores alterna tivos

Desgaste de cojinetes

Formación de lodos Consumo excesivo de aceite

Desgaste en camisas

Depósitos en pistón

Formación de herrumbre

Desgaste en tren de válvulas

Formación de lodos

Estabilidad al cizallamiento Incremento de viscosidad


Página

Página 135

efectos de la contaminación. Incluirá aditivos para la dispersión del agua, materia

carbonosa y otros constituyentes, así como la capacidad para mantener estas

sustancias en suspensión en el aceite. Otros aditivos reaccionaran y neutralizarán los

diversos contaminantes ácidos que de nos ser así provocarán oxidación, corrosión o

problemas debidos a la formación de depósitos.

Resulta evidente que el aumento en la calidad de los lubricantes ha vendo motivado

por el aumento de requerimientos sobre los motores que han impuesto los fabricantes, y

que a su vez han sido solicitados por los usuarios. Como ejemplo del aumento del

“stress” que han sufrido los lubricantes de motores se muestra la siguiente tabla:

Motores A B C

Año del mode lo 1949 1972 1992

Potencia kW/rpm 25 / 4200 74 / 5000 96 / 5600

Potencia específ ica kW/l 21 37 45

Volumen de cárter l 3 3.7 3.5

Consumo de aceite l/1000 km .5 0.25 0.1

Periodo de cambio km 1500 5000 15000

Lavado al cambio Si No No

Total aceite usado tras 15000 km 43.5 14.9 5

Consumo co mbust ible típ ico ( l/100km ) 12 10 7

4.2.1 La filtración La correcta filtración en el trabajo de un motor es de vital importancia, ya sea la

filtración de aire como del aceite lubricante y del combustible. El principal objetivo que

se persigue con la filtración es la eliminación de las partículas abrasivas presentes en los

fluidos que van a circular por el motor. En segundo lugar, básicamente en lo que ataña

a los lubricantes, la filtración de los mismos permite eliminar los productos de la

combustión y de la propia degradación que van en suspensión, ya que pueden causar

la formación de depósitos en los circuitos de engrase y en otras partes del motor.

También por vía indirecta las partículas de suciedad que entran al sistema pueden

acelerar el desgaste, o en el mejor de los casos, causar únicamente deficiencias de

funcionamiento.

Figura 4.06: Tabla Comparativa de la evolución del stress que sufren los aceites


Los filtros son los encargados de separar y retener las partículas, de determinados

tamaños que, contenidas en el aire de aspiración, el aceite lubricante o el combustible

pueden constituir una potencial causa de desgaste en el motor.

• El criterio más importante para el diseño de un filtro son las exigencias que se

tienen respecto a su función. Actualmente se observan básicamente los

siguientes criterios:

• Exigencias de filtrado más fino como consecuencia de la disminución de las

holguras de los elementos móviles (fundamentalmente en cojinetes) mayores

rangos de funcionamiento de los motores y elevados rendimientos.

• Tendencias a aumentar los intervalos de mantenimiento sobre los vehículos, lo

que conlleva periodos de servicio de filtro más largos.

La filtración del aire El aire va cargado siempre de un número importante de impurezas, cuya cantidad y

composición varia según el ambiente. En el aire se va a tener la presencia de lo que

algunos autores han denominado el enemigo principal del motor: el silicio. Como valor

orientativo se puede decir que aproximadamente el 70% de composición del polvo

atmosférico es el silicio, constituyéndose en el principal indicador de la presencia de

contaminación externa en el motor. Queda probado en diferentes estudios3 2

que la

contaminación del aceite lubricante por silicio (polvo) es la más importante causa de

desgaste acelerado en un motor.

En un motor la entrada principal del polvo atmosférico es básicamente a través del

circuito de admisión, los filtros de aire del circuito en buenas condiciones son capaces

de retener el 99% del polvo que accede a los mismos. El 1% remanente entra hacia el

motor, sus tamaños varían entre partículas submicroscópicas hasta más de 10μm. En

dependencia del tamaño y la holgura de lubricación causará diferentes situaciones, sin

embargo la más crítica es cuando el tamaño de la partícula sea similar a dicha

holgura, ya que la partícula forma un enlace directo entre las dos superficies eliminando

el efecto de la película de aceite.

32 Fygueroa S., Wonsang Y., Ontiveros L.; El desgaste en motores diesel de

automoción, Ier Congreso Iberoameri cano de Ingeniería Mecánica – 1993

Blevins, G., Evans, J.; Silicom Enemu Numb er 1, Practicing Oil Analysis Magazine,

1998


Página

Página 137

El primer e inmediato efecto es una especie de “rastrillado” sobre la superficie ya que la

partícula es arrastrada y rodada a través de la misma. El segundo efecto y

potencialmente más perjudicial es que una vez introducida la partícula sobre las

superficies cambia la carga homogéneamente repartida en una carga puntual sobre

el punto de contacto de la partícula, con lo que se genera una deformación de la

superficie en el contacto puntual, que eventualmente puede llevar a una fatiga del

metal y posteriormente a una rotura del mismo. Como problema añadido se puede

comentar que el aumento del desgaste puede llevar también a un aumento de la tasa

de consumo de aceite.

La filtración del lubricante Esta filtración es necesaria a causa de la contaminación del mismo, que se genera de

diferentes formas:

A partir de la contaminación por impurezas de diferente naturaleza:

• Polvo atmosférico e impurezas externas que se introducen a través del circuito

de admisión o por aspiración mediante los respiraderos, varillas de nivel de

aceite, juntas mal ajustadas o por el mismo aceite en caso de utilizarse sucio

debido a una mala manipulación.

• Agua procedente de la condensación en el interior de los motores, de la

respiración del cárter y de las posibles fugas del sistema de refrigeración.

• Abrasivos diversos utilizados en el proceso de fabricación del motor o para su

limpieza.

Por propia alteración y degradación del aceite

• Productos de la combustión que pasan por el aceite

• El propio combustible que produce el efecto de la dilución del aceite

• Productos del propio desgaste del motor: hierro, cobre, plomo, etc.

La filtración del combustible Esta filtración es fundamental en los motores Diesel, ya que el buen funcionamiento de

bombas de inyección e inyectores está puesta en juego en función de la limpieza del

combustible. Las impurezas que se pueden encontrar en suspensión en los

combustibles comprenden herrumbre, sustancias minerales, productos diversos de

oxidación y agua.


4.2.2 El consumo de lubricante Entendido como las reposiciones efectuadas sobre el cárter, más que como el periodo

de uso del mismo, es un parámetro muy importante del motor sobretodo en el aspecto

de mantenimiento.

Dos son las razones básicas por las que se produce el consumo del lubricante en un

motor3 3

:

• Debido a pérdidas del fluido en diferentes puntos: juntas, respiraderos, orificios

de indicador de nivel y de llenado de aceite, etc. Que esta relacionado con el

diseño del motor y con sus condiciones de utilización así como el

mantenimiento efectuado.

• Por la combustión del aceite que pasa entre las varillas y guías de válvula hacia

la cámara de combustión, cuya fuga puede llegar a suponer en algunos casos

hasta un 75% o más del consumo total de aceite, siendo el 50% un valor

medio, que presentan los siguientes problemas:

o Consumo elevado del lubricante, visible de color azul en la tubería de

escape si el tamaño de las gotas es próximo a las 0.5 μm.

o Formación excesiva de depósitos de carbono sobre las faldas de las

válvulas, lo que lleva consigo una modificación en comportamiento del

motor.

o Formación importante de depósitos en las cámaras de combustión, lo

que conduce a una rápida elevación de las exigencias del octano,

como consecuencia de la actuación de estos depósitos como puntos

calientes que produzcan un autoencendido.

• Por la combustión del aceite que pasa entre pistones y cilindros, que está

ampliamente aceptado que existen tres mecanismos principales de consumo

en la zona de anillas y camisa del motor3 4

, que son:

o Consumo debido a la evaporación del mismo.

o Paso de aceite por la parte posterior y entre las caras laterales de las

anillas y sus alojamientos.

33 Macian, V.; Mantenimiento de motores de combustión alternativas; Servici o de

Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia; España 1993 34 Gulwadi, S.D.; Analysis of tribological performance of a piston ring pack; Tribology

Transactions, 2000.


Página

Página 139

o Arrastre de partículas de aceite de la acumulación de aceite en la anilla

de fuego debido a los efectos de inercia.

4.3 Análisis de lubricantes

El aceite se puede utilizar con fines de diagnóstico ya que en cumplimiento de una de

sus funciones, es el medio de evacuación de todas las impurezas que recoge o se

forman en el. El análisis del lubricante usado consiste en tomar muestras cada cierto

periodo de tiempo de funcionamiento de la máquina, generalmente coincidiendo con

el cambio de aceite, y posteriormente evaluarlas para determinar tanto el estado del

lubricante como de la máquina3 5

.

4.3.1 Pruebas de laboratorio y las normas ASTM El análisis de laboratorio al aceite usado debe tener los siguientes objetivos: Análisis de

las características físico-químicas, análisis de contaminantes, análisis del nivel de

desgaste de los mecanismos lubricados según las normas ASTM.

Las diferentes pruebas de laboratorio a realizar dependen del tipo de aceite (industrial ó

automotriz) y del equipo rotativo en el cual está trabajando. El análisis a las

propiedades físico-químicas del aceite usado se lleva a cabo mediante los métodos

establecidos por las normas ASTM, el grado de contaminación por partículas sólidas

según la norma ISO, y el análisis del desgaste utilizando la espectrofotometría por

emisión atómica, y la ferrografía.

Para que los análisis de laboratorio efectuados al lubricante usado, estén acordes con

su estado real, es muy importante tener cuidado que la muestra de aceite que se tome

del equipo, que sea lo más representativa posible, que los frascos para muestreo estén

completamente limpios y que el procedimiento empleado para tomar la muestra de

aceite sea el correcto.

El éxito de un análisis físico-químico al lubricante usado depende en un alto porcentaje

en conocer exactamente cuáles son las pruebas que se le deben efectuar, ya que

mientras, por ejemplo, la prueba de demulsibilidad para un aceite para turbinas de

vapor es importante, no así para un aceite de tipo automotor con aditivos detergentes-

35 Albarracín, P.; Análisis de laboratorio a los lubricantes, Artículo Técnico Ingenieros

de Lubricación, Medellín Colombia - 2006


dispersantes. Los análisis de laboratorio son una valiosa herramienta en los programas

de mantenimiento predictivo siempre y cuando los resultados se sepan interpretar por lo

que es necesario que el usuario tenga por lo menos unos conocimientos mínimos en la

temática de análisis de lubricante de tal forma que pueda tomar decisiones sobre las

acciones que debe seguir en cada caso. En caso contrario, debe estar muy bien

asesorado del ingeniero de mantenimiento de la compañía que le está suministrando

el aceite ó de la empresa que le está efectuando los análisis de aceites. Este es otro

aspecto en el cual algunos fabricantes de lubricantes fallan ya que en muchas

ocasiones no son lo suficientemente claros en las recomendaciones que dan basados

en los resultados de los análisis de laboratorio ó las generalizan para todos los casos,

permitiendo que en un momento dado quien lee el informe lo interprete de una

manera diferente a lo que realmente se quiere decir; por ejemplo, esta puede ser la

situación del análisis periódico al contenido de metales a una muestra de aceite de un

reductor de velocidad en el cual en el último informe emitido por el fabricante del

lubricante aparece lo siguiente: "El contenido de cobre en el aceite de 100 ppm está

alto, se requiere revisar el estado de los elementos que contengan cobre". En este caso

el contenido de cobre de 100 ppm muestra una situación anormal y bastante crítica

que debe llevar a que el ingeniero de mantenimiento sea más explicito en las acciones

que se deben ejecutar indicándole al usuario recomendaciones adicionales como

revisar mediante una inspección visual el estado de la canastilla ó jaula de los

rodamientos si ésta es de cobre ó el estado de la corona si es un reductor sinfín-corona,

que complemente los resultados del contenido de cobre con la tendencia en las

vibraciones que tienen los rodamientos del reductor de velocidad y evalúe la tendencia

que trae el equipo rotativo en cuanto a su temperatura de operación.

Una asesoría objetiva por parte del ingeniero de mantenimiento puede conducir a que

los ingenieros de confiabilidad utilicen los análisis de lubricante como una herramienta

altamente productiva y no como una práctica ocasional cuando se presentan fallas

catastróficas en los equipos rotativos.

En la Tabla de la siguiente página se especifican los análisis de laboratorio que se le

deben efectuar a las propiedades físico-químicas del aceite usado de acuerdo con el

tipo de mecanismo que se esté lubricando. Las que aparecen con una X es obligatorio

hacerlas; con un número es opcional es necesario tener en cuenta las notas al final de

la tabla.


Página

Página 141

4.3.2 Análisis en motores de combustión El estado del motor se detecta principalmente estableciendo el grado de

contaminación del aceite debido a la presencia de partículas de desgaste o sustancias

ajenas a este. El estado del aceite se detecta determinando la degradación y

contaminación que ha sufrido, es decir, la pérdida de capacidad de lubricar causada

por una variación de sus propiedades físicas y químicas y de las de sus aditivos. Es

conveniente hacer notar que la contaminación y la degradación no son fenómenos

independientes, ya que la contaminación es causante de degradación y esta última

puede propiciar un aumento de la contaminación.

Este tipo de diagnóstico no es una técnica nueva, sus orígenes se remontan a los años

40 cuando se uso específicamente, para el control de los motores Diesel de los

ferrocarriles de Denver, Rio Grande y Oeste de los Estados Unidos, que fueron los

pioneros, ya que partir de esta fecha, todos los ferrocarriles americanos utilizan algún

programa de análisis de aceite. Después de la II Guerra Mundial, la industria camionera

y de obras públicas se intereso por esta técnica, que es además utilizada por todas las

compañías aéreas del mundo.

Particularmente en nuestro país son muy pocas las empresas sector industrial y

automotriz que recurren a este tipo de técnica para el mantenimiento, y de éstas, la

mayoría no utilizan el recurso de los análisis de laboratorio a los aceites usados, con la

finalidad de bajar sus costos de mantenimiento de una forma sistemática y

programada e incrementar la confiabilidad y disponibilidad de sus motores, sino que lo

hacen de manera ocasional cuando el equipo presenta un funcionamiento anormal ó

cuando alguien, más por curiosidad que por interés técnico, quiere saber el estado del

aceite usado. El monitoreo de los aceites es una de las herramientas más valiosas que

el ingeniero de mantenimiento tiene a su disposición, sin embargo en la mayoría de los

casos no la utiliza.

Es por ello que en las secciones siguientes se hará referencia por separado a cada uno

de los síntomas a partir del análisis de lubricante, clasificados según su finalidad3 6

:

o Síntomas para determinar la degradación del lubricante

36 Fygueroa, S.; Mantenimiento d e motores Di esel, Universidad de Los Andes,

Mérida Venezuela - 2003


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Página

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o Síntomas para cuantificar la contaminación del lubricante

o Síntomas para identificar y cuantificar el desgaste del motor

4.4 Análisis para la determinación de la degradación del lubricante

La degradación del lubricante se ha definido como el proceso por el cual se va

reduciendo la capacidad del aceite y sus aditivos para cumplir sus funciones de

lubricar, proteger, limpiar, refrigerar y sellar, originado por la alteración de sus

propiedades físicas y químicas, motivado por las diferentes condiciones a las que se ve

sometido dentro del motor, como elevadas temperaturas, grandes velocidades de

cizallamiento, entorno corrosivo, etc.

La velocidad de degradación del lubricante es la rapidez con que pierde sus

propiedades físico-químicas iniciales. Depende principalmente, del estado y

mantenimiento del motor, de la calidad del aceite, de la composición del combustible

y del tipo de servicio. Algunas características mencionables de la degradación son:

• La utilización de aceites de mejor calidad, entendida como la característica de

adaptación del lubricante a las condiciones de servicio y tipo de motor, retarda

el proceso de degradación.

• La utilización de combustibles con elevado contenido de azufre aumenta el

proceso de degradación de los aditivos básicos y el desgaste por corrosión.

• La velocidad y el nivel de degradación del lubricante aumentan cuando se

producen fallas o condiciones en el motor que introducen contaminantes o

deterioran sus componentes, como por ejemplo: temperaturas elevadas,

presiones extremas en los elementos lubricados, baja compresión, inyección

defectuosa, filtro de aire roto, etc.

• Los añadidos retrasan el proceso de degradación del aceite, no porque se

reduzca su velocidad, sino porque el efecto de dilución de los contaminantes y

por la recuperación de propiedades al restablecerse parcialmente el nivel de

aditivos. Esta última consecuencia se puede invertir cuando se mezclan aceites

con aditivos diferentes.


Los principales síntomas que caracterizan el estado del lubricante y por tanto su

degradación son:

4.4.1 Viscosidad La viscosidad

3 7 es la propiedad física más importante que define a un aceite lubricante,

determinando el establecimiento de la capa de lubricación. Si se emplea un aceite

excesivamente viscoso para los requerimientos de trabajo, las pérdidas mecánicas

aumentan debido a un mayor rozamiento que provoca mayor desgaste de anillos y

alta presión de aceite que puede abrir la válvula de alivio de presión del filtro de aceite

y pasar aceite sucio al motor. La selección de un lubricante de una viscosidad más

baja de la requerida puede dar lugar a desgaste en las piezas por pérdida de la capa

de lubricación y falta de lubricación hidrodinámica.

La medida de la viscosidad en combinación con otras características marca la pauta

para determinar la naturaleza de diferentes contaminantes; los insolubles, el agua y el

carbón incrementan su valor, mientras que la mayoría de los combustibles pueden

producir su disminución. Conviene sin embargo asegurarse mediante la realización de

ensayos como el punto de inflamación, TBN o dilución además de los propuestos, que

los efectos de estos contaminantes no se encuentren compensados unos con otros, al

tener influencias opuestas sobre esta propiedad. De cualquier modo, si el estudio de

estos parámetros no revela nada inusual, un cambio en la viscosidad también puede

deberse a una falta de miscibilidad entre distintos tipos de lubricantes o a un período de

operación extremadamente largo.

Cuando se evalúa la viscosidad en el reporte, se puede observar:

La viscosidad baja, las causas más probables pueden ser:

37 Es la propiedad que fija las pérdidas por fricción y la capacidad de carga de los

cojinetes. Los aceites minerales y las mezclas de aceites minerales son fluidos

newtonianos, donde el esfuerzo cortante (τ ), es directamente proporcional al

gradiente de velocidades.

La viscosidad absoluta (μ) tiene como unidad en el sistema cegesimal el Poise

(P) mientras que en el sistema internacional se expresa en Pouiseville (PI). En la

práctica, la viscosidad absoluta se determina a partir de la viscosidad

cinemática (υ ), cuya unidad en el sistema cegesimal es el Stoke (St), en el SI se

expresa en m2/s.


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Dilución con aceite más delgado (puede ser aceite hidráulico, de

transmisión, u otro, provocado generalmente por error del operario).

Contaminación por combustible (problemas de inyectores, falta de

termostato, viajes cortos, marcha en vacío, etc.).

Rotura o ruptura de polímeros (utilizados para fabricar el aceite

multigrado) por cizallamiento (polímeros baratos, altas temperaturas o

presiones, molienda entre los engranajes o anillos).

Cizallamiento o rotura de aceite base. El aceite básico de baja calidad

puede perder su viscosidad

La viscosidad aumenta, las causas más probables pueden ser:

Oxidación del aceite (alta temperatura, altas revoluciones o baja calidad

de aceite básico).

Cocción del aceite (alta temperatura o baja calidad del aceite base).

Contaminación por agua o glicol (falla de empaquetadura de culata,

perforación de camisas o bloque).

Contaminación por alta acumulación de hollín (combustible de baja

calidad, mala combustión, ausencia o falla de termostato, problemas de

bomba inyectora o inyectores).

Contaminación por tierra (falla del filtro de aire, perforaciones en el

sistema de entrada de aire).

Mezcla con un aceite más viscoso.

Se considera que un aceite en servicio esta degradado cuando su

viscosidad varia en más o menos un 30%, respecto a la que posee

cuando esta nuevo

4.4.2 Acidez-basicidad del lubricante El grado de acidez o alcalinidad de un aceite se expresa con los índices de

neutralización respectivos, que son:

El índice de acidez total TAN, representa los miligramos de hidróxido de potasio (KOH)

que se requiere para neutralizar todos los constituyentes ácidos presentes en un gramo

de muestra en condiciones normalizadas. Se utiliza poco en diagnóstico de análisis de

lubricante, a causa de que su valor depende del contenido de aditivos.


El índice de acidez fuerte SAN, corresponde a los miligramos de KOH necesarios para

neutralizar solo los ácidos fuertes presentes en un gramo de muestra. Se utiliza para

detectar la presencia de ácidos orgánicos que provienen, generalmente, de la

combustión. Se usa poco para el seguimiento del aceite, por la poca importancia de

la información que suministra.

El índice de basicidad total TBN definido como la cantidad de ácido expresado en

miligramos de hidróxido de potasio (KOH) que se requiere para neutralizar el contenido

básico de un gramo de muestra en condiciones normalizadas. La alcalinidad de un

aceite nuevo da información sobre su capacidad para neutralizar productos ácidos

provenientes de la combustión y de la oxidación del aceite a temperaturas elevadas.

Mientras que la de uno usado, da información sobre su degradación y reserva alcalina,

por tanto, es el parámetro más utilizado en la evaluación de los aceites de un motor.

El índice de basicidad fuerte SBN determina el contenido de componentes fuertemente

alcalinos de un aceite. Presenta poco interés para el diagnóstico y solamente se utiliza

en el seguimiento de ciertos aceites de elevada alcalinidad.

Como es obvio las fallas que producen un aumento de la acidez del lubricante originan

simultáneamente una reducción de su basicidad propia. Las más importantes son las

siguientes:

Bomba de inyección y/o inyectores defectuosos

Turbocompresor defectuoso

Filtro de aire o conducto de admisión obstruido

Aceite contaminado principalmente con combustible (especialmente cuando

tiene un elevado contenido de azufre) y ácidos

Fallas del sistema de refrigeración que producen sobrecalentamiento del motor

Mezcal con aceite o aditivos del aceite

Filtro de aceite obstruido o ineficiente

Se considera que un aceite ha agotado su reserva alcalina, y

por tanto procede su cambio, cuando su TBN alcanza un valor

igual al 50% del inicial


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4.4.3 Detergencia / dispersividad del lubricante La propiedad detergente de los aceites se obtiene por la utilización de aditivos

capaces de evitar o reducir la formación de depósitos carbonosos en los alojamientos

de los anillas, faldas de los pistones, guías y vástagos de válvulas, originados por las

altas temperaturas del motor que producen cambios en la naturaleza química del

lubricante. Un lubricante detergente, además, reduce su oxidación a alta temperatura

y mantiene en suspensión los depósitos que se producen a temperaturas normales,

mediante un mecanismo que todavía no es bien conocido.

La dispersitividad es la propiedad del lubricante mediante la cual se produce la

dispersión de los lodos húmedos originados durante el funcionamiento en frio del motor.

Los lodos están constituidos por mezclas complejas de productos de la combustión

parcialmente quemados, carbón, óxidos y agua.

La detergencia y la dispersitividad se reducen con la degradación y el consumo de

aditivos correspondientes y aumentan con la reposición de aceite nuevo.

El método más utilizado para la evaluación de la detergencia, por la sencillez y la

rapidez es el análisis de la mancha de aceite, el cual se desarrolla en detalle en los

siguientes apartados, debido a su amplia utilización para detectar varios síntomas

simultáneamente. La evaluación de los niveles de dispersividad y detergencia, también

se puede hacer a partir de los insolubles, mediante el nivel de detergencia, que es el

cociente entre los insolubles en pentano con y sin coagulante.

No existe una relación que se pueda generalizar, entre la variación

del índice de basicidad total del lubricante con la degradación y

la pérdida de eficacia del aditivo detergente

4.4.4 Constante dieléctrica La constante dieléctrica es la capacidad de un medio para conducir la electricidad,

comparada con la del vacío. En un lubricante nuevo su valor depende del aceite base

y de los aditivos, variando durante el uso como consecuencia de su degradación y

contaminación. La variación se debe a que, a causa del uso, se forman compuestos

como peróxidos, ácidos, etc. que polarizan polarizan las moléculas del lubricante con

el consiguiente aumento del valor de la constante dieléctrica. Las sustancias


contaminantes como el agua, metales también producen un aumento de la constante

dieléctrica.

La aplicación de los sensores capacitivos a la evaluación del estado del lubricante,

utiliza como parámetro característico la variación de la constante dieléctrica relativa,

definida como el cociente entre la constante dieléctrica del lubricante y la del aire a la

misma temperatura. En aceite usado este valor aumenta a medida que el aceite se

contamina y degrada, su magnitud está fuertemente relacionada con el contenido de

carbón y partículas metálicas, medianamente con la oxidación del aceite y muy poco

con el TBN.

En el mercado es posible encontrar varias marcas y tipos de equipos, pero todos tienen

el mismo principio y concepto de operación que el denominado “Lubrisensor”, el cual

es capaz de medir la constante dieléctrica del aceite usado con respecto a la del

lubricante nuevo.

El estado del lubricante se estima a partir de los valores dados en la tabla mostrada a

continuación y se puede realizar un sencillo diagnóstico del motor tomando como

referencia la tabla de la figura 4.09.

Diagnóstico

Medida

Lubrisensor

normal 0 a 2,5

degradación elevada 2,5 a 5

agua > 5

combustib le

Valores

negativos

Figura 4.08: Equipo Lubrisensor y los valores d e referencia para el ensayo de

medida de constante dieléctrica


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GRUPO 1: Contaminantes que producen un incremento moderado de la constante dieléctrica.

Contaminació n Fallos en e l motor

Lodos

Suciedad

Fenómenos de oxidación

Ácidos

Aceite degradado

Contaminació n externa

Filtro de a ire roto o en mal es tado

Fallos de refr igeración, que producen sobrecalentamiento del motor

Filtro de aceite inef icie nte

GRUPO 2: Contaminantes que producen un incremento grande d e la constante dieléctrica.


Agua

Anticongelante (g licol)

Partículas metá licas

Residuos carbonosos

Bomba de inyección y/o inyectores defectuosos.

Turbocompresor defectuoso.

Filtro de a ire o conducto de admisión obstruido.

Desgaste excesivo de compo nentes de l motor.

Aceite muy degradado.

Sistema de refr igeración co n fugas hac ia el c ircuito de lubricació n.

Filtro de aceite obstruido.

GRUPO 3: Contaminantes que provocan una disminución de la constante dieléctrica.


Combust ibles Inyector defectuoso (gotea).

Conductos de combust ible con fugas internas.

Contaminació n externa por combustib le.

4.5 Análisis para la determinación de la contaminación del lubricante

La contaminación del lubricante se define como la presencia de materias extrañas en

el lubricante, sin importar. Las principales son partículas y óxidos metálicos, polvo

atmosférico, combustible, agua, materias carbonosas y ácidos provenientes de los

gases de combustión y de la oxidación del lubricante.

Puede producirse por cuatro causas principales:

• Partículas de procedencia externa.- Ingresan al motor por los sistemas de

admisión, lubricación y combustible; a través de los añadidos, ventilación del

cárter, etc.

Figura 4.09: Diagnóstico del motor a partir de las mediciones del equipo Lubrisensor


• Partículas generadas internamente.- Son producidas por el desgaste de las

piezas que componen el motor y por la degradación del lubricante.

• Partículas introducidas durante el proceso de fabricación y montaje.- Donde

pueden quedar partículas utilizadas para la limpieza de las piezas, residuos del

mecanizado etc.

• Partículas introducidas por acciones de mantenimiento.- Como levantamiento

de la tapa de balancines o de culata, etc.

La contaminación y degradación del lubricante están íntimamente relacionadas, ya

que la primera, además de alterar las propiedades físicas y químicas del aceite

acelerando el proceso de desgaste del motor, provoca su degradación. Por otra parte,

esta última produce partículas sólidas no solubles en el aceite, que lo contaminan y

adicionalmente promueven los procesos de desgaste.

La rapidez con que el motor pierde masa debido al proceso de desgaste se conoce

como velocidad de desgaste. La velocidad de contaminación es la rapidez con que

ocurre la contaminación y depende tanto de la contaminación externa como interna.

Tanto la velocidad de desgaste como la de contaminación se suelen determinar para

cada elemento contaminante; se ha probado que se igualan cuando la única fuente

de contaminación del aceite es el desgaste del motor.

De acuerdo con un estudio3 8

realizado sobre los resultados de varios años de un

importante laboratorio internacional dedicado a ofrecer servicios de análisis de aceites,

afirma que de las muestras analizadas el 23,3% de las mismas ha mostrado algún tipo

de problema asociado a las mismas, los cuales se desglosan en los aspectos

presentados en la siguiente tabla:

Clasificación Causa Cantidad

Degradación Aceite degradado 6,9% 6,9%

Contaminació n Dilución por combustib le 7,3%

48,8% Agua refrigerante 11,8%

Productos de la co mbust ión 8,9%

38 Evans, J,. Oil analysis statistics shoe frecuencies of common problems; Practicing

oil analysis magazine, July-august 1998


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Entrada Suc iedad 20,8%

Desgaste Desgaste anormal 43,4% 43,4%

Otros Consumo e xcesivo de aceite 0,9% 0,9%

En las siguientes secciones se desarrollan los elementos contaminantes que se pueden

encontrar en el lubricante de los motores, no se incluyen los metales de desgaste por la

importancia que presenta para el diagnóstico del desgaste y el estado del motor,

dedicándosele el siguiente apartado.

4.5.1 Silicio Se ha comentado previamente (en el acápite de filtración) la importancia del elemento

contaminante en el aceite, ahora se va incidir en la problemática del mismo y su

detección.

El aumento del contenido en Sílice en una muestra de aceite repercute con mayor o

menor efectividad en el desgaste general de un motor, su aumento se puede deber a

varias causas, la más clásica y perjudicial en cuanto al desgaste, se debe a la

introducción de polvo atmosférico que se introduce en los motores en funcionamiento

por la admisión (debido a filtros de aire ineficaces, sucios o rotos), o a través de

respiraderos, varillas de nivel de aceite, juntas mal ajustadas en los colectores, o por el

mismo lubricante y combustible.

En general, un motor operando en presencia de polvo atmosférico de

aproximadamente 1 a 20 μm de diámetro sufre mayor desgaste cuanto mayor

volumen de polvo haya admitido, o mayor sea el tamaño de los granos. Por lo que la

filtración del aire debe ser seriamente tomada en cuenta.

Los medios para evitar el desgaste abrasivo en motores consisten en hacerlos tan

impermeables al polvo como sea posible, filtrando todos los fluidos que por éste pasen.

Estas medidas son de aplicación general en motores, no obstante ni los diseños más

avanzados evitan que una cierta cantidad de productos abrasivos penetre y circule por

éstos. Es importante que las piezas en movimiento sean resistentes a la abrasión,

mediante acabados y materiales de gran dureza, ya que las composiciones de los

lubricantes no pueden disolver los granos de polvo o disminuir el fenómeno del

desgaste abrasivo causado por éstos, mediante el uso de sellos de silicona, la

utilización de silicatos en como aditivos en el refrigerante, o incluso en un menor nivel, la

utilización de aleaciones hipersilisicas en determinados componentes.

Figura 4.10: Resumen de la procedencia de los problemas en muestras de aceite usados


Aunque la contaminación por silicio es considerada por todas las

fuentes, existen variaciones en los límites, siendo uno de los más

conservadores el de 15 ppm. Sin embargo es más adecuado

realizar una “Evolución por tendencias” que tome en cuenta las

particularidades a las que se enfrenta el motor

4.5.2 Agua La contaminación del aceite con agua principalmente procede de la condensación

en el interior de los motores como consecuencia de las bajas temperaturas o el

aumento de la presión en el cárter y de las fugas internas del sistema de refrigeración.

Produce corrosión de los metales y degradación del aceite.

La contaminación por agua del lubricante es uno de los problemas más graves en los

motores Diesel, ya que un contenido elevado de éste en el aceite puede dar lugar a las

siguientes situaciones:

• Pérdida de las propiedades viscosas del lubricante, dando lugar a la formación

de espumas y lodos, que pueden llegar a saturar los filtros y a obstruir los

canales de lubricación.

• Aceleración de los fenómenos oxidativos del lubricante.

• Degradación por corrosión de los elementos metálicos internos del motor.

Existen métodos cuantitativos y cualitativos para determinar el contenido de agua en el

aceite. Los primeros de ellos obtienen la cantidad de agua presente en la muestra de

aceite analizada y la relacionan con la cantidad total de aceite en la muestra,

obteniéndose un porcentaje en masa de la cantidad de agua presente en el aceite.

En los segundos puede asignarse una escala arbitraria.

Los más utilizados en el mantenimiento principalmente son los siguientes métodos:

o Crepitación: es un ensayo sencillo pero efectivo, permite detectar agua en el

aceite, siempre que ésta esté por encima del 0,05 %. Consiste en dejar caer

una gota de aceite sobre un plancha caliente a 200°C y observar si se produce

crepitación. La intensidad del ruido obtenido es indicativa de la cantidad de

agua contaminante.


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o Destilación con xileno: consistente en el arrastre por destilación del agua

presente en lubricante mediante el disolvente, posteriormente se condensan los

vapores y se mide el agua destilada, inmiscible en el xileno.

o La medida de la constante dieléctrica es otro método, que se estima muy

fiable, para notar la presencia de agua, ya que permite detectar

concentraciones hasta de 0,1%.

o El método de la mancha como se verá posteriormente, también se puede

utilizar. Este método solo es sensible a concentraciones muy altas de agua

(superiores a 5%) y fundamentalmente, cuando el aceite contiene impurezas

que floculan en presencia del agua.

o Espectro infrarrojo (como se tratará adelante), la presencia de agua en el

lubricante dará lugar a la aparición de picos de absorción correspondientes a

grupos hidroxilo (-OH), los cuales se detectan a las frecuencias 3.450, 1.640 y

770 cm-1

.

4.5.3 Insolubles y Materia carbonosa Es producido como subproducto de la oxidación del combustible o de la degradación

del lubricante, por ello su generación dependerá de diversos factores, tales como

eficiencia de la combustión, carga del motor, tipo de combustible, etc. Este

contaminante llega al aceite a través de las anillas del pistón (efecto blow-by), por lo

que la disposición del conjunto pistón-camisa-anillas, determinará su tasa de

producción. La materia carbonosa aparece como depósitos de carbón localizados en

zonas calientes del motor o como lodos en las zonas frías produciendo así un aumento

de la viscosidad.

El contenido de materia carbonosa en un aceite puede ser calculado mediante su

opacidad a través del fotómetro, determinando la diferencia en transmisión de la luz

entre las películas de aceite nuevo y usado, una vez calibrado el fotómetro, las

muestras pueden ser probadas rápidamente al mostrar su opacidad relativa respecto al

aceite nuevo. Otro ensayo más sencillo puede ser el de papel secante, cuyo sistema

consiste en verter una gota de aceite usado sobre papel dejando secar varias horas, y

donde posteriormente se podrá observar diferentes zonas circunferenciales que dan

idea de la concentración de materia carbonosa en el aceite.

4.5.4 Dilución por combustible Una exagerada dilución del aceite con combustible puede tener serias consecuencias

para la lubricación y fiabilidad del motor, debido a la disminución de la viscosidad


(estudiada en el apartado anterior), y del punto de inflamación (en la presente sección

se estudia como característico de esta contaminación) y en general, de la calidad del

aceite.

El punto de inflamación es la mínima temperatura a la cual el aceite desprende la

suficiente cantidad de vapores como para inflamarse momentáneamente, al aplicarle

una llama. Para verificar la presencia de diluyentes se procede con métodos indirectos

a partir de otros parámetros, como la viscosidad o el punto de inflamación. De este

modo si la viscosidad es baja, el punto de inflamación puede servir de referencia, ya

que un valor anormal de este último confirma que la reducción de la viscosidad se

deba más bien a una dilución por combustible que a un grado SAE menor del

lubricante.

Un lubricante ha alcanzado el límite admisible de contaminación

por combustible cuando su punto de inflamación disminuye un

30% o que la presencia de dilución en más de un 5%.

4.6 Análisis por métodos de uso frecuente en la contaminación del lubricante

En la actualidad existen números técnicas y métodos y existe una tendencia a proliferar

equipos destinados al análisis in situ del aceite, debido a una tendencia importante de

las grandes corporaciones dedicadas a ofrecer servicios de análisis de aceite, a

recomendar la utilización de los ensayos denominados “equipos rápidos de taller”,

como pruebas “pasa no pasa”, para únicamente en los casos que no superan este test

previo ser enviados a laboratorios para la obtención de una apreciación cuantitativa de

los mismos de forma más precisa.

4.6.1 Ensayo de la mancha de aceite Este método ha sido desarrollado por el Instituto Francés del Petróleo y luego

perfeccionado por la Real Escuela Militar Belga. Para realizar el análisis hay que

disponer de un papel de filtro especial o papel cromatográfico, y de una muestra de

unos 5 cm3

de aceite que se quiere analizar, con el objeto que sea una representación

autentica de la totalidad del mismo. Permite determinar las propiedades de un aceite


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usado a partir de su dispersión sobre un papel absorbente. Las distintas partículas

presentes en el lubricante son arrastradas por el frente de la mancha, pudiéndose

determinar tanto los contaminantes del aceite como las propiedades de detergencia

del lubricante.

Se realizan los ensayos a la temperatura ambiente, 20ºC para tener una idea del

comportamiento del lubricante a la temperatura del arranque en los puntos críticos. El

ensayo también se puede realizar a 200ºC que es la temperatura crítica que soporta el

lubricante en el motor, no obstante, el proceso analítico y los resultados son similares

para ambas temperaturas.

Interpretación de los Resultados La mancha, después de las 24 horas presenta una estructura.

La zona central caracteriza por su color más o menos oscuro, pero uniforme, la

cantidad de carbón contenida en el aceite.

La aureola indica con su mayor o menor grosor y coloración, el contenido de

partículas gruesas carbonosas o de contaminantes.

Zona intermedia o de difusión es la característica de la dispersión del carbón en

el aceite y por tanto de su poder de detergencia.

Zona exterior, desprovista de materias carbonosas da idea del grado de

oxidación del aceite, normalmente es traslúcida y sin coloración alguna.

Zona

centra l

Zona

tras lúc ida

Zona de

d ifus ión

Aureola

Figura 4.12: Partes características en un Ensayo de la Mancha


A continuación se muestran ejemplos de cómo varía el aspecto de la mancha según el

tipo de contaminación existente en el lubricante:

La presencia de agua en el lubricante provoca que la mancha sea irregular y de un

tamaño menor a lo normal. Las distintas áreas de la mancha se confunden,

desapareciendo prácticamente la zona de difusión y la aureola traslúcida final.

La dilución con combustible del aceite lubricante hace que la mancha sea de un

tamaño superior a lo normal, debido al mayor contenido en sustancias volátiles de una

menor viscosidad que el aceite lubricante original. Su color suele ser más suave debido

a una mayor dilución

Mancha normal Contaminació n por agua

Figura 4.13: Aceite contaminado por agua

Mancha normal Contaminac combust ible

Figura 4.14: Aceite contaminado por combustible


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La presencia de un elevado número de partículas de desgaste en el lubricante se

traduce en un aumento de la aureola intermedia de la mancha. Si la concentración

de metales es muy elevada, es posible detectar a simple vista el reflejo de la luz en

algunas de estas partículas.

La degradación del lubricante debida a un elevado número de insolubles y residuos

carbonosos se detecta claramente con este ensayo, observándose un oscurecimiento

de la zona central, así como la aparición de irregularidades en los frentes de avance. El

tamaño de la mancha es menor debido a la pérdida de capacidad detergente,

además, es posible relacionar el amarilleo de la zona traslúcida con la oxidación del

lubricante.

Mancha normal Contaminació n part ículas

Figura 4.15: Aceite contaminado con partículas de desgaste y residuos carbonosos

Mancha normal Aceite degradado

Figura 4.16: Aceite degradado


4.6.2 Espectrometría Infrarroja Es un método de análisis que permite la determinación cualitativa y cuantitativa de los

compuestos de la muestra, a partir de un estudio de longitudes de onda a las cuales

absorbe la radiación infrarroja. La región infrarroja es el intervalo del espectro

electromagnético comprendido entre 3x1012

y 3x1014

Hz de frecuencia, o lo que es lo

mismo, entre 100 μm y 1 μm de longitud de onda. Se acostumbra subdividir esta zona

en tres partes: infrarrojo próximo, infrarrojo medio e infrarrojo lejano. La zona que

interesa desde el punto de vista de la identificación de compuestos orgánicos es el

infrarrojo medio.

Un espectrograma o espectro infrarrojo es la representación gráfica bidimensional de

las características de absorción de una molécula. Normalmente representa una

intensidad (absorbancia o porcentaje de transmitancia) frente a su posición (longitud de

onda o su inverso, el número de ondas). La información que suministra el eje de las

abscisas, es de gran utilidad desde el punto de vista cualitativo, mientras que el eje de

ordenadas, donde se sitúa la intensidad de las bandas de absorción, lo es, por

presentar una información de carácter cuantitativo.

El método en el análisis de lubricante mediante la observación del espectro infrarrojo de

la muestra es una técnica empleada por la totalidad de las empresas de diagnóstico

presentes en el mercado. La técnica es, simple, económica y muy rápida, sobre todo

después del empleo de la transformada de Fourier en el tratamiento de espectros.

El espectro infrarrojo no da una información exacta de la composición del aceite, pero

permite comparar distintos espectros, realizando los siguientes análisis:

• Comparación de los lubricantes: el espectro IR de un lubricante es único para

cada tipo de aceite. Esta característica se emplea para detectar mezcla de

aceites o errores a la hora de completar las hojas de datos.

• Determinación de contaminación: los aceites lubricantes de motor pueden ser

contaminados por agua, glicol o combustible. La introducción de estas

sustancias provoca un cambio en determinadas bandas del espectro infrarrojo

del lubricante, siendo posible detectar esta contaminación e incluso cuantificar

de una manera relativa.

• Determinación de la degradación: de modo similar a la detección de

contaminantes, es posible estimar la degradación del aceite, en este caso, se

cuantifica el contenido de aditivos antioxidantes en el aceite y la evolución de

grupos carbonilos (C=O) procedentes de fenómenos oxidativos.


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Los lubricantes nuevos tienen un espectrograma infrarrojo característico, en el que

aparecen los picos de absorción de energía debidos a la vibración de tensión de

enlaces C-H, estas vibraciones se producen a las frecuencias de; 2900-3000 cm-1

y de

1370-1450 cm-1

. Aparece también un pequeño pico de absorción debido a la

vibración de las moléculas de grupos CH2, al número de onda de 720 cm

-1

.

En el espectro infrarrojo de un aceite usado aparecen nuevos picos de absorción

debidos a la contaminación y degradación del aceite, los principales son:

Figura 4.17: Espectrograma con presencia de glicoles a 3.370 cm-1 y a 1.085 y 1.035 cm-1.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Tra

nsm

itanc

ia

Frecuencia (cm-1)

3600 3400 3200 3000

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

CEPSA Ultra CEPSA Ultra (1% Glicol) CEPSA Ultra (2% Glicol) Etilenglicol

1100 1050 1000 950

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1. Aceite XX sin contaminar 2. Aceite XX con 1% de glicol 3. Aceite XX con 2% de glicol 4. Etilenglicol

1.

2. 3.

4.


• De oxidación, caracterizados por la vibración del enlace C=0 que produce un

pico a los 1700-1750 cm-1

.

• De sulfatación, caracterizados por la presencia de oxido de azufre SO3 que

absorbe a 1100-1200 cm-1

.

• De nitración, característico de la vibración del enlace N=O a 1630-1285 cm-1

.

• De presencia de glicoles, se caracterizan por la vibración del enlace OH a 3500

cm-1

. Y del etilenglicol por la del C-O a 1070 cm-1

.

• De dilución de combustible, se caracterizan por la vibración del enlace

aromático C-H a 810-790 cm-1

. Y la presencia de otras bandas características

de aromaticidad.

• De materias carbonosas, absorben radiación en todo el campo infrarrojo y

disminuyen la energía que atraviesa la muestra dificultando la obtención del

espectrograma. Para detectar su presencia se realiza el espectro antes y

después de la configuración, una reducción de la transmitancia es indicativa

de ella.

4.7 Análisis para la determinación del desgaste de los componentes del motor

El desgaste puede definirse, como variación dimensional producida por la pérdida de

materia de dos superficies deslizantes en contacto. Generalmente es indeseable

porque puede producir holguras, picaduras, rayados, grietas, etc. Los estudios sobre

desgaste y su naturaleza son extremadamente variables, lo que refleja la gran

clasificación existente.

4.7.1 El desgaste de los motores El incumplimiento a una de las principales misiones del lubricante (reducir el rozamiento)

se manifiesta por el desgaste de piezas y componentes del motor. Sin embargo no hay

que achacar únicamente al lubricante todo el papel de defensa del desgaste ya que

otros factores van a afectar al mismo como son: la tecnología del conjunto y la de

cada pieza considerada independientemente; la composición metalúrgica de estas

últimas, las condiciones de utilización el motor y su grado de acuerdo con las

previsiones que debía tener, el combustible usado, la calidad de la combustión, etc.


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Página 161

Puede existir diversos tipos de desgate entre las piezas del motor3 9

, sin embargo se

pueden distinguir claramente unas pocas fuentes primarias de desgaste. Los problemas

relacionados con el tipo de aceite, su degradación o por contaminación. O por

problemas en la condición de la maquina. Los tipos de desgaste que pueden

presentarse en un motor son:

Desgaste adhesivo: ocurre cuando dos superficies metálicas entran en contacto,

permitiendo que se desprendan partículas de sus partes. Lubricación insuficiente

o contaminada causa normalmente esta condición. Si se logra asegurar que el

grado de viscosidad apropiado se mantenga, el desgaste adhesivo se reduce. El

reducir contaminación en el aceite también ayuda a eliminarlo.

Desgaste por fatiga: En este caso la aplicación de las ecuaciones de Hertz para

las deformaciones elásticas muestra que los esfuerzos máximos se producen a

una determinada profundidad por debajo la superficie. La repetición cíclica de

estos esfuerzos puede dar como resultado grietas profundas de fatiga y

finalmente la aparición de picaduras y escamas.

Desgaste corrosivo: es causado por una reacción química provocados por una

serie de productos de la reacción el combustible que mueve material de la

superficie de un componente. Y generalmente es un resultado directo de la

oxidación. Corrientes eléctricas aleatorias producen corrosión o picaduras en la

superficie.

Desgaste abrasivo: Es el resultado de partículas pesadas entrando en contacto

con los componentes internos, tales partículas incluyen al polvo y diversos

metales. Si se logra implementar un proceso de filtrado, es posible reducir la

abrasión, que al final asegurara que los sellos como los respiraderos trabajen

bien.

Desgaste erosivo: Se presenta cuando superficies metálicas están “bañadas” por

un fluido animado de gran velocidad y cargado de partículas sólidas y duras, la

energía cinética de las partículas es la que puede, en los puntos de impacto

sobre las superficies, provocar las deformaciones o arranque de materia.

39 Tormos, B.; Diagnóstico de motores Diesel mediante el análisis del aceite usado,

Editorial Reverte ISBN 84-291-4702-0, España 2005.


Los diversos elementos de los motores que son susceptibles de experimentar un

desgaste, con indicación del tipo de desgaste más probable se presenta en la tabla

siguiente.

Parte Adhesivo Corrosivo Abrasivo Por fatiga Erosivo

Camisas, anil las y pis tones

Levas, empujadores y

balancines

Vástago y guía de válv ula

Asiento de válv ula

Engrana jes de dis tribución

Muñones

Cojinetes

Bomba de aceite

Bomba combustib le

Bomba Inyección

4.7.2 Elementos contaminantes Los contenidos metálicos de las muestras de aceites usados se pueden agrupar en tres

categorías según que provengan de: Partículas de desgaste, contaminantes o aditivos.

La primera de pende de la metalurgia de las piezas lubricadas del motor, la segunda

de las contaminantes extraños al aceite y la tercera de su formulación.

De Desgaste De

Contaminación

De Aditivo

Aluminio

Cobre

Cromo

Estaño

Hierro

Níque l

Manganeso

Bario

Boro

Silicio

Sodio

Bario

Calcio

Silicio

Zinc

Figura 4.18: Tipos genéricos de d esgaste en diversas partes del motor


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Plomo

Silicio

Titanio

En la tabla siguiente se muestran los elementos contaminantes característicos del

desgaste, que se pueden medir en una muestra de aceite de automoción, así como su

procedencia. Debido al costo de los análisis para determinar los elementos metálicos

es función de la cantidad de elementos que se determinen, en la práctica su número

se reduce a los más representativos del desgaste del motor, como son: Aluminio, cobre,

cromo, estaño, hierro, níquel y plomo.

Elemento Origen

Aluminio Pistones, cojinetes

Bario Fugas de refrigerante, ad itivo detergente

Boro Polvo atmosférico, fugas de refrigerante

Calcio Aditivo detergente

Cobre Cojinetes de bronce, la tón y Cobre-plomo, fugas de refrigerante e n

radiadores de cobre, enfr iadores de aceite

Cromo Camisas y segmentos cro mados

Estaño Cojinetes de bronce, tuberías de lubr icante

Hierro Paredes de cilindros, segme ntos, muñones del cigüeña l, mecanismo de

distribución, engranajes

Níque l Válvulas de a lta res istencia, engranajes de distr ibuc ión

Manganeso Válvulas

Plomo Cojinetes de cobre-plomo

Silicio Aire atmosférico, adit ivo ant iespumante

Sodio Fugas de refrigerante

Zinc Cojinetes de lató n, ad itivo antioxidante

Para cuantificar este desgaste se mide la concentración de estos metales en el aceite

en partículas por millón, que es equivalente a mg/l.

Existen en la actualidad varios métodos para la identificación y análisis de éstos

residuos; dichos métodos varían, según el tamaño de las partículas depositadas, su

cantidad, tipos, etc. Sin embargo la primera es la principal consideración para escoger

Figura 4.19: Clasificación de los elementos contaminantes

Figura 4.20: Posible origen de las partículas metálicas del aceite


la técnica de análisis adecuada para la aplicación específica. La sensibilidad de

detección de cada una de las técnicas depende del tamaño de las partículas y está

limitada a determinados rangos de dimensiones. La técnica de espectrometría es

recomendada para analizar partículas de tamaño inferior a 5μm; la ferrografía para las

comprendidas entre 20 y 100 μm y el recuento de partículas para mayores de 200 μm.

4.7.3 Espectrometría Esta técnica utiliza la interacción existente entre la radiación electromagnética y la

materia cuando intercambian energía. Los átomos de cualquier elemento al ser

excitados producen espectros electromagnéticos característicos, cuya apariencia sirve

para identificarlos.

La representación gráfica de la intensidad de emisión de las radiaciones, en función de

la longitud de onda, es el espectro de emisión. Los espectros de emisión de diferentes

elementos presentan máximos de energía a diferentes longitudes de onda, con distinta

intensidad. La radiación interacciona con los átomos de una sustancia

experimentando emisión, absorción o fluorescencia, por esta razón los espectrómetros

se clasifican en tres grandes categorías.

• Espectrómetro de absorción atómica (EAA)

Figura 4.21: Eficiencia de captación de las técnicas de análisis de partículas


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• Espectrómetro de emisión atómica (EEA)

• Espectrómetro de fluorescencia atómica (EFA)

Los espectrómetros de absorción atómica aprovechan la propiedad de que la

cantidad de luz monocromática absorbida por los átomos de un elemento excitado es

proporcional a su concentración. En esta técnica la muestra se quema para llevar sus

componentes a fase gaseosa y estado elemental por disociación térmica. La fase

gaseosa se ilumina con luz de determinada longitud de onda según en elemento que

se desee medir. Los átomos en estado fundamental cuyos niveles se corresponden

con los de la longitud de onda incidente, absorben energía para promover electrones a

niveles de energía superiores. Cada elemento es sensible a una sola longitud de onda

y la cantidad de energía absorbida es proporcional a su concentración en la mezcla,

por esta razón el espectro de absorción del elemento presenta picos, o líneas de

absorción atómica característicos.

Según la óptica utilizada, hay tres tipos de EAA: de haz simple, de haz doble y de doble

haz doble. De acuerdo con el modo en que se realiza la atomización se clasifican en;

espectrómetros de absorción atómica de llama, sin llama e híbridos.

La desventaja más notoria del EAA es que solo analiza elementos de uno a uno, su

principal ventaja constituye una técnica simple y de bajo costo.

Los espectrómetros de emisión utilizan la propiedad de los átomos que al ser excitados

emiten una radiación que es función de su configuración electrónica y que está

compuesta por longitudes de onda características; razón por la cual, elementos

diferentes emiten radiaciones diferentes. Con esta técnica se analizan las muestras tal

como se reciben por lo que se utiliza resultados simultáneamente de muchos

elementos en menos de un minuto.

Hay dos tipos de EEA, de emisión de llama y sin llama, los primeros no tienen aplicación

en el análisis de aceites y por esta razón solo se consideran los segundos. Los EEA sin

llama según el método de obtención de la temperatura de excitación, se clasifican en:

espectrómetros de arco eléctrico, de plasma y laser. Los de laser no se encuentran

completamente desarrollados y los de plasma utilizan el generado por una descarga

eléctrica; de estos existen tres tipos: De corriente continua, de acoplamiento inductivo y

de plasma inducido por microondas.

En análisis de aceites usados, actualmente se utiliza cada vez con más frecuencia el

espectrómetro de emisión con fuente de plasma acoplado por inducción que emplea


la técnica más moderna de excitación de la muestra de aceite, consistente en que

Argón fluyendo por un tubo de cuarzo al ser sometido a un campo eléctrico de alta

frecuencia que genera un campo magnético oscilante, forma un plasma que se halla

a una temperatura del orden de 10000 K que disocia, atomiza y excita la muestra que

se inyecta en el centro del tubo de cuarzo. Este método de ensayo polielemental que

posee una excelente repetitividad, precisión y límites de detección presenta la

desventaja de no detectar partículas grandes (mayores de 5 μm).

Los espectrómetros de fluorescencia de rayos X, consisten en que un átomo

electrónicamente cargado excitado al absorber un fotón hv1 emite un fotón hv

2. Esta

técnica emplea un espectrómetro semejante al de emisión, en el que los átomos

excitados con rayos X, al regresar a su estado normal emiten un rayo X secundario,

cuya energía e intensidad se utiliza para identificarlos y cuantificarlos. El espectrómetro

es insensible a concentraciones menores a 0.1 ppm y se utiliza para análisis

multieelemental del desgaste, una vez que las partículas se han aislado del aceite

lubricante.

4.7.4 Ferrografía La técnica de la ferrografía consiste en el análisis de la morfología y composición de las

partículas de desgaste que están presentes en el aceite, pudiendo estimar el tipo de

desgaste existente en el motor y elementos que lo están padeciendo, también puede

detectar la entrada de polvo atmosférico, sílice en su gran mayoría, procedente del

exterior.

La ferrografía se puede dividir en dos procesos principales, la extracción de las

partículas de la matriz de aceite y el posterior análisis detallado de las mismas.

La separación de las partículas se realiza fundamentalmente mediante dos métodos:

• Separador magnético: la muestra diluida se bombea sobre una placa soporte

ligeramente inclinada. Esta placa está expuesta a un potente campo

magnético, por ello las partículas magnetizables se adhieren a la placa,

depositándose según su tamaño; en la parte más alta las de mayor tamaño,

mientras que las de menor tamaño se localizan en la parte inferior, junto a las

no magnetizables. Las fuerzas que actúan sobre las partículas magnéticas

hacen que estas se alineen en tiras en las que las partículas grandes se

depositan donde la muestra toca por primera vez la placa y las pequeñas a

una distancia inversamente proporcional a su tamaño, esta distribución se

conoce como ferrograma. Las partículas poco magnéticas no se alinean en


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tiras, sino que se depositan al azar a lo largo del ferrograma permitiendo una

rápida distinción entre partículas férreas y no férreas. El aceite residual se retira y

las partículas se adhieren permanentemente a la placa con un fijador, para su

posterior análisis microscópico.

• Filtrado mediante membranas: el aceite se filtra a través de membranas de

tamaño de poro perfectamente conocido (2-3 μm), empleando una bomba

de vacío y un disolvente compatible para facilitar el filtrado. Las partículas de

tamaño superior al diámetro de los poros quedan retenidas sobre la

membrana.

Después de tener las partículas aisladas, se deberá analizarlas de manera exhaustiva,

empleándose distintos métodos:

• Microscopio óptico: permite visualizar las partículas, sin apenas tratamiento

previo de las muestras, con aumentos de 1.000, además las partículas son

visibles con sus colores, permitiendo estimar la composición de las mismas

(cobre, hierro, aluminio, sílice).

• Microscopio electrónico: es un método más costoso, que además requiere un

cierto tratamiento previo de la muestra, pero que permite llegar a más de

25.000 aumentos con una resolución de imagen óptima. Las imágenes que

muestra este equipo son en blanco y negro, no pudiéndose estimar la

composición de las partículas, por ello, estos equipos permiten realizar un

análisis de rayos X, técnica que es capaz de determinar los metales que

componen la partícula e incluso cuantificarlos.

Las principales desventajas que presenta la técnica son:

El empleo de estos métodos cuantifica y analiza las partículas de desgaste o

contaminación presentes en el motor, de manera puntual, no informa del

contenido en conjunto de metales en el aceite, además si las partículas son

inferiores a las 2-3 μm o el metal está en disolución no es detectado.

La ferrografía es una técnica compleja, requiriendo personal especializado y

entrenamiento para analizar efectivamente un ferrograma. Un elevado tiempo

por muestra.

La ferrografía proporciona muy buenos datos cualitativos sobre la morfología de las

partículas, es excelente para detectar un amplio espectro de tamaños de desgaste

pero es muy lenta, solo se puede usar con partículas magnéticas o paramagnéticas,


tiene poca sensibilidad de detección de partículas pequeñas y su repetitividad es

escasa.

A continuación de manera ilustrativa se muestran ejemplos de análisis ferrográfico en

aceite usado de motores Diesel de trenes4 0

Ejemplo 1

La composición química de esta partícula es íntegramente cobre, la existencia de una

reducida cantidad de oxígeno indica que el metal está prácticamente sin oxidar. La

morfología irregular de la partícula indica su origen erosivo.

Se ha descartado la posibilidad de que el cobre podría proceder del desgaste severo

de cojinetes, basándose en que no se han detectado otros metales como estaño o

plomo, materiales que componen las capas más externas de los cojinetes. Por las

razones expuestas, la procedencia de esta partícula es probablemente el enfriador del

lubricante, el cual está fabricado en cobre.

40 Montoro, L.; Proyecto de aplicación y desarrollo de métodos d e análisis físico-

químicos del lubricante, empleados en el mantenimiento predictivo de motores

diesel de tracción ferroviarios, Universidad Politécnica de Valencia, España -

2001

x 1500

Figura 4.22: Ferrografía microscópica y ferrograma ejemplo Nº1


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Ejemplo 2.

La micrografía muestra una morfología típica de las partículas de contaminación por

polvo del ambiente, hecho confirmado al analizar su composición química, a base de

sílice y alúmina, componentes principales del polvo atmosférico.

La presencia de azufre y potasio en el espectro de rayos X tiene su origen en trazas de

aceite lubricante que aún quedan sobre la partícula debido a una falta de lavado con

disolvente en el proceso de preparación de la muestra.

4.7.5 Técnicas complementarias

Recuento de partículas por tamaño Estas técnicas se usan para detectar partículas de desgaste grandes que normalmente

se encuentran en filtros y depósitos de lubricante y que por su tamaño tienden a

asentarse y no aparecen en la muestra.

El conteo de partículas suministra la distribución del tamaño de las partículas en

categorías de tamaños especificados; el número de categorías y sus amplitudes

dependen del equipo empleado y de su calibración. Los contadores emplean la

dispersión o el bloqueo de un haz de láser para efectuar las mediciones; las partículas

pasan lentamente por un volumen sensor donde son iluminadas por un rayo láser que

produce en un fotodiodo un pico de corriente de altura proporcional al tamaño de la

partícula; un sistema electrónico separa las señales en categorías. Los contadores de

x 2000



partículas no se usan para medir partículas de desgaste porque no distinguen sus

diferentes tipos y son muy sensibles al manejo y preparación de la muestra.

Se utilizan principalmente en los sistemas hidráulicos, en los cuales los niveles de

desgaste son bajos y solo para controlar su estado de limpieza.

Colectores magnéticos Los colectores magnéticos seleccionan por atracción las partículas magnéticas por

encima de un tamaño determinado, pero no las clasifican posteriormente. Esta técnica

no es útil para determinar un desgaste anormal incipiente.

La microscopia es la inspección con un microscopio de las partículas recogidas en

colectores magnéticos, depósitos de aceite, ensayos de parche circular o filtros; es una

técnica lenta pero relativamente económica.

Equipos rápidos de análisis de aceite Como se ha comentado anteriormente está existiendo en la actualidad un rápido

desarrollo de equipos portátiles para su utilización a pie de máquina como equipo de

monitorizado del estado del lubricante. A continuación se hace referencia de algunos

de estos nuevos equipos que se pueden encontrar en el mercado y mayor información

en los sitios web de cada fabricante.

o Mini Laboratorio Wärsilä NSD.- Desarrollado por Kittieake Developments Ltd. Es un

mini laboratorio de análisis de aceite y combustible, pensado para su utilización

en grandes motores de barco.

o Medición de materia carbonosa “SootMeter” Equipo desarrollado por Wilks

Enterprise, emplea un análisis infrarrojo para determinar el contenido de materia

carbonosa en la muestra, los resultados obtenidos con este equipo

comparadas con las de laboratorio ofrecen resultados muy buenos.

o Remaining Useful Life Evaluation Rutine RULER de la compañía Fluitec, que

permite la medida del TBN, TAN y aditivos antioxidantes en aceites minerales y

sintéticos.

o Portable Oil Diagnostic Sampler PODs de Art-Instruments dedicado al

monitorizado de la condición de fluidos hidráulicos. Permite obtener de forma

rápida el nivel de limpieza del lubricante en uso.


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4.7.6 Bases para la evaluación de los datos La evaluación de las concentraciones metálicas de desgaste en el lubricante es un

tema profundamente estudiado y no resuelto completamente debido a las enormes

dificultades que presenta. Por un lado considerar las dificultades que se presentan en la

medición de las concentraciones, la desventaja del tamaño en la espectrometría, la

dificultad de la ferrografía, y otras. Por otra parte no hay una forma clara de

evaluación, se puede encontrar desde la más fácil hasta la más limitada evaluación en

forma absoluta de las concentraciones hasta diferentes aproximaciones a la resolución

del problema por distintas vías4 1

.

Generalmente se cuenta con el resultado del laboratorio que compara la información

obtenida en el análisis con su base de datos y reporta desviaciones críticas, con la idea

que el cliente sabe interpretar y utilizar este informe para comparar con su propia base

de datos.

Los comentarios del laboratorio son útiles para identificar problemas serios o comparar

con límites condenatorios de los fabricantes, sin embargo la utilización de valores

absolutos como límites condenatorios de la presencia de metales como indicativo para

determinar un desgaste absoluto, es el método más antiguo y más ampliamente

utilizado. Suelen ser los mismos fabricantes de los motores los que ofrecen dichos

valores como guía a los usuarios de sus productos para el monitorizado.

La problemática asociada a este tipo de evaluación es la generalización del mismo, ya

que no se tiene en cuenta factores tan importantes como pueden ser: el tiempo de uso

del motor, periodo de uso del aceite, tipo de aceite, rellenos de lubricante, etc. Como

ejemplo de esta situación se muestra la siguiente tabla con los valores límites

condenatorios definidos por varios fabricantes, donde se observa sustanciales

diferencias entre los valores absolutos propuestos por cada marca, que merecen un

análisis independiente de la metalurgia utilizada en cada uno de ellos.

41 Espinoza H., Lara Y., Tineo A.; Desgaste en un motor de encendido por chispa

en condiciones de velocidad variable usando gasolina y gas natural como

combustible, 8º Congreso Iberoameri cano de Ingeniería Mecánica, Perú - 2007


Caterpillar Cummins Detroit MAN GMC

Hierro 100 ppm 84 ppm 150 ppm 125 ppm 125 ppm

Cobre 45 ppm 20 ppm 90 ppm 40 ppm 150 ppm

Plomo 100 ppm 100 ppm - - - 25 ppm 75 ppm

Aluminio 15 ppm 15 ppm - - - 10 ppm 5 ppm

Cromo 15 ppm 15 ppm - - - 20 ppm 20 ppm

Estaño 20 ppm 20 ppm - - - 30 ppm 40 ppm

Sodio 40 ppm 20 ppm 50 ppm - - - - - -

Boro 20 ppm 25 ppm 20 ppm - - - 20 ppm

Silicio 10 ppm 15 ppm - - - 15 ppm 10 ppm

Zinc - - - - - - - - - - - - 10 ppm

Plata - - - - - - - - - - - - 2 ppm

Con el propósito de poder generalizar y más aun dar mayor fiabilidad al usuario se han

propuesto varios criterios de evaluación4 2

como el del mantenimiento proactivo que

requiere entender las diferencias entre:

• Límite Condenatorio o Crítico

• Límite Anormal (comúnmente aceptado)

• Límite Promedio o Normal

• Límite Proactivo; refina los límites “normales”

La siguiente Tabla expone los límites que son usualmente aceptados en la industria para

motores a diesel, independiente de la marca. Estos límites también son muy altos para

ser considerados como parte de un plan de reducción de costos.

Normal Anormal Critico

Hierro (Fe) <100 ppm 100 a 200 ppm >200 ppm

Cobre (Cu) <30 ppm 30 a 75 ppm >75 ppm

42 Hernández J.L., Matta, J.; Introducción al Análisis de aceites, Instituto de

Investigaciones Mecánicas-UMSA; ISBN 978-99954-0-783-4, Bolivia 2009



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Plomo (Pb) <30 ppm 30 a 75 ppm >75 ppm

Aluminio (Al) <20 ppm 20 a 30 ppm >30 ppm

Cromo (Cr) <10 ppm 10 a 25 ppm >25 ppm

Estaño (Sn ) <20 ppm 20 a 30 ppm >30 ppm

Sodio (Na ) <50 ppm 50 a 200 ppm >200 ppm

Níque l (Ni) <10 ppm 10 a 20 ppm >20 ppm

Plata (Ag ) <3 ppm 3 a 15 ppm >15 ppm

Silicio (Si) <20 ppm 20 a 50 ppm >50 ppm

Combust ible <2% 2 a 6% >6%

Hollín <2% 2 a 6% >6%

Sin embargo, lo que se plantea este capítulo es evaluar, más que, la concentración de

elementos metálicos, la tasa de velocidad de producción de estos elementos, ya que

la lubricación minimiza el desgaste pero no lo elimina, por lo que debería interesar es

cuando ese desgaste está por encima de un cierto nivel umbral que se considera límite

para una situación correcta.

Para obtener un buen resultado en esta evaluación de deberán tener en cuenta

factores que definen la situación real de funcionamiento en servicio de determinado

motor, tales como añadidos o rellenos realizados sobre el cárter, tiempo en uso del

aceite, tipo de aceite utilizado, combustible, etc.


analisis de lubricantes

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