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CAPTULO 1.

INTRODUCCIN.

Mural datado del ao 1.880 a. C. situado en la tumba de Tehuti-Hetep, ElBersheh (Egipto) [1]. Ntese la presencia del hombre situado en la partedelantera del patn y que est aadiendo un fluido en la superficie sobre laque se desliza la escultura.

Figura 1.0.


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Captulo 1. Introduccin.

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ndice.

1.1.

Antecedentes Histricos. 3.

1.2. Objeto y Alcance de la Tesis. 5.

1.3. Metodologa Seguida en la Tesis. 5.

1.4.

Estructura de la Tesis Doctoral 8.

1.5.

Referencias Bibliogrficas. 9.


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1.1. Antecedentes Histricos.

El empleo de sustancias lubricantes que reduzcan la friccin entre elementosmviles es una tcnica aplicada por el hombre desde hace milenios, han sidohallados en Oriente Medio ruedas de carruajes Mesopotmicos datadas del ao4.000 a. C. conteniendo un primitivo cojinete con trazas de arena bituminosaadherida [1]. Tambin existen grabados egipcios datados del ao 2.400 a. C. enSaqqara (Egipto) o como el mostrado en la figura 1.0, donde se representa elvertido de lubricantes lquidos para facilitar el arrastre de cargas sobre patines demadera. Estos arcaicos lubricantes podran ser agua, aceites vegetales y animales,leche, o incluso sangre de animales [1,2].

Se considera imprescindible comentar, antes de continuar con unadescripcin de la evolucin histrica de los lubricantes, que en las articulacionesdel cuerpo humano se encuentra un sistema lubricado sometido a cargasdinmicas, equiparable a un cojinete industrial plano; siendo esta similitud yacomentada por Osborne Reynolds en 1886. En una rodilla, la estructura seaequivaldra a la coraza exterior de metal duro, el cartlago articular sera la capa demetal blando antifriccin y el lquido sinovial trabajara como un aceite lubricante.

No obstante, la Naturaleza est por encima de la tecnologa humana, ya que estesistema articular es capaz de reparar pequeos daos sufridos sobre las superficiesen contacto.

Las civilizaciones Griega y Romana desarrollaron numerosos mecanismosque buscaban la reduccin de la friccin entre objetos, como los trabajos realizadospor Hero donde destaca el diseo de compuertas sobre cojinetes pivotantes parafacilitar su apertura; adems, se han hallado en los restos de barcos romanosrescatados del Lago Nemi (Italia) plataformas giratorias apoyadas sobre esferas debronce para facilitar su giro y que corresponderan a primitivos rodamientos debolas.

A lo largo de la Edad Media se realizaron avances en maquinaria agrcola

como norias o molinos de viento, con numerosos mecanismos que necesariamentedeberan ser lubricados, el mejor ejemplo del grado de evolucin tcnica alcanzadoen dicha poca es el reloj de la Catedral de Salisbury, datado del ao 1386, dondetodo el mecanismo de engranajes est realizado en hierro forjado, sin utilizarpiezas de madera, emplendose grasa animal como lubricante.

Durante el Renacimiento destac principalmente la figura de Leonardo daVinci el cual realiz numerosos estudios sobre las leyes de friccin y el diseo dediferentes tipos de cojinetes y rodamientos. En el siglo XVII Newton plante yenunci las leyes fundamentales por las cuales se rigen los fenmenos delubricacin, descubriendo en 1687 el principio de la resistencia viscosa de losfluidos. Fue a finales del siglo XVIII cuando Coulomb demostr empricamente las

leyes de Da Vinci y estableci la distincin entre friccin esttica y friccindinmica [3].


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Uno de los grandes eventos que marc el uso masivo de lubricantes fue laRevolucin Industrial, que comenz en Inglaterra en 1760 y que a lo largo de unosochenta aos desencaden un desarrollo a gran escala de la maquinaria industrial,acompaada de la invencin de la mquina de vapor por Watt (1769) y eldesarrollo del ferrocarril. En esta poca tambin se desarrollaron las grasas,inicialmente formadas por la combinacin de hidrxido sdico con aceites de

origen animal; posteriormente se emple cal en su fabricacin, adems deaadrsele lubricantes slidos para mejorar sus propiedades antifriccin.

El segundo gran hito que supuso un desarrollo exponencial en la aplicaciny uso de lubricantes fue el descubrimiento del petrleo, a mitad del siglo XIX,empleado inicialmente como combustible y posteriormente como fuente dediferentes compuestos obtenidos de su destilacin, dentro de este grupo seincluyen los aceites lubricantes minerales. En 1857 aparecieron los primerosequipos trabajando con dispositivos hidrulicos, rea donde tambin ha sidoimportante el empleo de fluidos lubricantes. La invencin del motor de encendidoprovocado por Otto en 1872 y del motor de encendido por compresin por Dieselen 1892, el primer vuelo de los Wright en 1903 y el comienzo de la produccin enserie de vehculos por Ford en 1909 supusieron el desarrollo del transporte tantode personas como de mercancas y en consecuencia, el empleo mayoritario dederivados del petrleo como fuente de energa y como fluidos lubricantes. En 1884Parsons construy la primera turbina de vapor, equipos que tambin requeran elempleo de lubricantes lquidos. A partir de 1900 se obtuvieron lubricantes de unamayor calidad gracias al empleo de tcnicas de destilacin a baja presin (a) (y enconsecuencia a menores temperaturas) que evitaban el craqueo de las cadenas dehidrocarburos pesados durante el proceso.

A lo largo de la primera mitad del siglo XX, la Primera Guerra Mundial(1914-1918) y especialmente la Segunda Guerra Mundial (1939-1945) supuso ungran desarrollo tecnolgico en carros de combate, navos y aeronaves; equipossometidos a condiciones de trabajo extremas y que requeran lubricantes con

propiedades mejoradas, por ello fue durante el segundo tercio del siglo XX cuandose introdujo el empleo de aditivos para mejorar las prestaciones de los lubricantesminerales. Tambin en este periodo se crearon los primeros aceites lubricantessintticos, con una mayor resistencia a la oxidacin y una menor viscosidad a bajastemperaturas que los procedentes de la destilacin del petrleo.

El anlisis de lubricantes como herramienta de mantenimiento es una tcnicaempleada desde mediados del siglo XX, originalmente centrada en elmantenimiento de flotas de transporte areo y vehculos de traccin ferroviaria,para posteriormente implantarse en otros mecanismos lubricados comotransmisiones, reductores, turbinas de gas. Posteriormente, el empleo de aceite enotras aplicaciones industriales como los aceites dielctricos de transformadores dio

a

En ingls:vacuum distilation.


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paso a la realizacin de anlisis especficos para determinar el funcionamiento delsistema.

Inicialmente los parmetros estimados en lubricantes usados de MCIA eranbsicamente la viscosidad, presencia de agua, dilucin por combustible, estimacinde la reserva alcalina, cuantificacin de insolubles y materia carbonosa; la medidade metales de contaminacin y desgaste se reduca a cuantificar los metales bsicos

(hierro, aluminio, cobre, plomo, estao y silicio) empleando como tcnica deanlisis la espectrometra de absorcin atmica. Para los aceites industriales losparmetros inicialmente cuantificados eran viscosidad, presencia de agua,presencia de insolubles, color del aceite, tendencia a la formacin de espumas ymedida de metales con los mtodos anteriormente descritos.

En la actualidad, adems de los parmetros originales determinados porequipos totalmente automatizados que prcticamente no requieren de laparticipacin del tcnico, se han introducido modernos equipos comocromatgrafos para la medida de combustible en el aceite, espectrmetrosinfrarrojos que son capaces de determinar el deterioro qumico del aceite o lapresencia de trazas de contaminantes orgnicos. La cuantificacin de partculas de

contaminacin se realiza mediante contadores lser y la medida de los metales seha ampliado a 21 elementos donde, adems del desgaste y contaminacin, seevala el contenido de aditivos organometlicos del lubricante.

Dentro del Departamento de Mquinas y Motores Trmicos de laUniversidad Politcnica de Valencia se han realizado en la ltima dcadadiferentes tesis doctorales centradas en el estudio y aplicacin de tcnicas demantenimiento predictivo como el anlisis de vibraciones [4,5], la termografainfrarroja [6], el desarrollo de sistemas expertos de diagnstico [7,8,9]y especialmenteen el anlisis de lubricantes [3,10,11,12].

1.2. Objeto y Alcance de la Tesis.

La presente Tesis Doctoral realiza un estudio de las diferentes tcnicas yequipos de anlisis empleados para la determinacin de los metales decontaminacin y desgaste presentes en aceites lubricantes usados. El objetivo escomparar las tcnicas empleadas a fin de detectar sus limitaciones y finalmenteestablecer el proceso ptimo de anlisis que permita establecer eficazmente tantodel deterioro y contaminacin del lubricante como la forma y gravedad deldesgaste de cada elemento lubricado.

En los anlisis realizados no han sido incluidos los aceites dielctricosempleados en los transformadores elctricos, ya que en estos elementos no seproduce un desgaste mecnico propiamente dicho y el aceite trabaja como meroaislante. Tampoco han sido estudiadas las partculas presentes en grasas

lubricantes, dada su elevada viscosidad, no distribuyen de manera homognea loscontaminantes y partculas de desgaste, por tanto, las muestras extradas no sonrepresentativas, excepto si se recogiera la totalidad de grasa existente en los


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elementos lubricados; dada la complejidad del muestreo se ha emplazado elanlisis de grasas a futuros trabajos de investigacin.

1.3. Metodologa Seguida en la Tesis.

La tesis se ha realizado siguiendo las diferentes etapas presentadasgrficamente en la figura 1.1, detalladas a continuacin:

1.

Definicin del objetivo y realizacin de consultas bibliogrficas, para ellose parti de la hiptesis inicial de que los mtodos actuales obtienen unainformacin sesgada de la cantidad realde partculas presentes en el aceite.A raz de dicha suposicin se realiz una intensa bsqueda bibliogrfica,comprobndose la hiptesis de partida, diferentes trabajos cientficosprueban que las tcnicas y metodologas de ensayos mundialmenteempleados tienen importantes limitaciones para una cuantificacin exactade la concentracin de metales existente en el lubricante.

2.

Seleccin de dos parmetros que permitiran, a priori, evaluar un mayorespectro de las partculas presentes en el aceite. De un lado se incide en lanecesidad de cuantificar el metal que se encuentra formando tantopartculas de gran tamao como partculas de tamaos inferiores a loscinco micrmetros. El otro aspecto considerado es la necesidad de obtenerinformacin referente a qu tipo de desgaste sufre la mquina. Para laprimera intensificacin de informacinse opta un ataque cido del aceite paradisolver las partculas metlicas de mayor tamao; la otra tcnica que seselecciona es la ferrografa analtica.

3. Realizacin de una bsqueda bibliogrfica particularizada para ambosmtodos, y seleccin de los parmetros y condiciones de ensayo idneaspara llevar a cabo los ensayos iniciales.

4. Realizacin de manera paralela de los ensayos ferrogrficos junto a lasreacciones de ataque cido de muestras. Estudiando los resultadosparciales obtenidos y realizando modificaciones para mejorar los procesosseleccionados.

5. Una vez terminados los ensayos, en funcin de los resultados obtenidos, seoptar por seleccionar el proceso que presente unas mejores prestaciones.

6. Comparativa con los mtodos analticos actuales y estudio de losresultados obtenidos.

7. Obtencin de conclusiones.


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Figura 1.1.Proceso seguido en la realizacin de la tesis doctoral.

Definicin de la hiptesis de partida.

Propuesta de mejoras para realizar enlos anlisis.

Disolucin de laspartculas medianteprocesos qumicos.

Separacin de laspartculas mediante

mtodos fsicos

Comparativa conlos mtodostradicionales

Conclusionesfinales

Realizacin deensayos en ellaboratorio.

Modificacin deparmetros.

Bsquedabibliogrfica.

Comprobacin de la

veracidad de la misma.

Seleccin delproceso ptimo

Modificacin deparmetros.

Realizacin deensayos en ellaboratorio.


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1.4. Estructura de la Tesis Doctoral.

El trabajo final desarrollado durante la realizacin de esta Tesis Doctoral yaqu presentado, se subdivide en ocho captulos. En el captulo primero se realizauna introduccin histrica del empleo de lubricantes para pasar posteriormente ala definicin del objetivo de la Tesis y a describir la metodologa seguida. A lo

largo del segundo captulo, se describen las diferentes tcnicas de anlisis delubricantes empleadas para realizar un diagnstico del mecanismo lubricado.

En el captulo tercero se comentan con detalle los diferentes tipos dedesgaste que puede sufrir un mecanismo as como la morfologa de las partculasasociadas a cada uno de dichos fenmenos degenerativos; en ltimo lugar sedescriben las principales tcnicas analticas para la determinacin tanto cualitativacomo cuantitativa de metales en aceites lubricantes.

El cuarto captulo detalla los ensayos realizados para aislar las partculaspresentes en un fluido lubricante mediante la aplicacin de un campo magntico ytambin realizando un filtrado con membranas polimricas. Anlogamente, elcaptulo quinto describe los ensayos realizados para la evaluacin del contenido de

metales mediante espectrometra de emisin de plasma.Los diferentes ensayos realizados mediante los mtodos seleccionados son

comparados en el captulo sexto con las tcnicas tradicionales de anlisis,comprobando de este modo la efectividad de los nuevos tratamientos propuestos.

En el ltimo captulo de la Tesis se comentan las principales conclusionesobtenidas y los trabajos futuros propuestos a raz de los resultados de lasinvestigaciones realizadas. Tambin han sido incluidos cuatro anexos donde sedetallan clculos y tablas que complementan la informacin descrita en los sietecaptulos principales de la tesis doctoral.


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1.5. Referencias Bibliogrficas.

1Caines, A.; Haycok, R. Automotive Lubricants Reference Book. Society of Automotive Engineers.1996.

2Dowson, D. History of Tribology. Longman. 1979.

3 Fygueroa Salgado, S. J. Diagnstico de Motores de Encendido por Compresin de AutomocinMediante Anlisis del Lubricante. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia. 1993.

4Baril Rodrguez, D. Contribucin al Diagnstico de Averas en Motores Diesel por Anlisis deVibraciones. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia. 1998.

5 Olmeda Gonzlez, P. C. Diagnstico de Fallos de Motores Diesel Mediante el Anlisis de laOscilacin del Bloque. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia. 2002.

6Peralta Ura, R. W. Aplicacin de la Termografa Infrarroja al Diagnstico de Fallos en MotoresDiesel. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia. 2001.

7Oliver Palomero, E. Estudio de Sistemas de Adquisicin y Tratamiento de Datos en Motores deCombustin Interna Alternativos. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia. 1991.

8 Wonsang Amen, Y. A. Diagnstico de Motores de Encendido por Compresin de Automocin aPartir del Monitorizado de sus Prestaciones. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia.1993.

9Chacn Velasco, J. L. Diagnstico de Fallos Mediante la Utilizacin de Informacin Incompleta eIncierta. Aplicacin a Motores Diesel. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia. 2001.

10Ontiveros Padilla, L. E. Diagnstico de Motores de Encendido por Compresin Marinos medianteel Anlisis de su Lubricante. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia. 1994.

11 Morn Redondo, R. Origen, Efectos y Tratamiento de las Contaminaciones de Lubricantes y

Combustibles en Motores Marinos de Combustin Interna. Tesis Doctoral, UniversidadPolitcnica de Valencia. 1997.

12 Tormos Martnez, B. Contribucin al Diagnstico de Motores Diesel Basado en el Anlisis delLubricante Usado. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia. 2002.


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Figura 2.0. Viscosmetro de cada de bola, 1970. [1].

CAPTULO 2.

DIAGNSTICO DE EQUIPOS LUBRICADOS A PARTIR

DEL ANLISIS DEL ACEITE USADO.


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Captulo 2. Diagnstico de Equipos Lubricados a Partir del Anlisis del Aceite Usado.

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ndice

2.1. Introduccin. 12.

2.2. Mantenimiento de Equipos Lubricados. 12.

2.3. Los Aceites Lubricantes. 16.

2.4. Determinacin de la Degradacin del Lubricante. 20.

2.5. Determinacin de la Contaminacin del Lubricante. 30.

2.6. Estudio del Proceso de Toma de Muestras. 34.

2.7. Referencias Bibliogrficas. 40.


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2.1. Introduccin.

A lo largo de este captulo se comentarn las principales modalidades demantenimiento empleadas en vehculos y maquinaria lubricada. Posteriormente sedefinen los principales tipos de lubricantes y aditivos empleados a nivel industrialy se describen los distintos mtodos de laboratorio para el anlisis de los

lubricantes usados, y cuyos resultados son empleados en el diagnstico de lamquina. Para cada uno de los parmetros, se realiza una breve descripcin de lastcnicas analticas empleadas en su evaluacin. En ltimo lugar se incide en laimportancia del proceso de toma de muestras.

2.2. Mantenimiento de Equipos Lubricados.

El mantenimiento es el conjunto de acciones o tcnicas que permitenconservar o restablecer un equipo en un estado especfico y asegurar undeterminado servicio con un coste mnimo y la mxima seguridad. En laactualidad, el mantenimiento a escala industrial, realiza funciones tan importantescomo cualquiera de las actividades productivas de la empresa. Los principales

objetivos del mantenimiento son[2,3]

:A. Reducir al mximo los costes debidos a las paradas por averas

accidentales de la maquinaria que comporten prdidas de produccin o deservicios, incluyendo en tales costes los correspondientes al propiomantenimiento.

B. Limitar el deterioro de la maquinaria y en consecuencia reducir faltas decalidad en el producto o en el servicio (caso de retrasos en el transporte depasajeros por averas del vehculo).

C. Proporcionar conocimientos y asistencia, a partir de la experienciaadquirida, a todos aquellos que intervienen en el proyecto y gestin denuevos equipos o instalaciones.

D. El fin ltimo del servicio de mantenimiento es determinar el momento enque debe cesar la vida til de la mquina (por obsolescencia, por prdidade rendimiento, por suponer un riesgo para los trabajadores, etc)

A continuacin se describen de manera resumida, los tipos demantenimiento fundamentales, indicndose sus caractersticas principales.

2.2.1. Mantenimiento Correctivo.

En esta modalidad de mantenimiento, el trabajo del tcnico queda reducidoa la reparacin cuando sobreviene el fallo a la mquina, las inversiones previas sonmnimas pero las desventajas son importantes como imprevisin de la avera o un

alto costo por paradas improductivas. Slo se recomienda la adopcin de este tipode mantenimiento en los siguientes casos:


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- Si los costes indirectos del fallo son mnimos y los requerimientos deseguridad lo permiten.

- Si la empresa est constituida por mquinas en la que los paroseventuales no son crticos para la produccin.

- Si la empresa adopta una poltica de renovacin frecuente del material.

2.2.2. Mantenimiento Preventivo o Sistemtico.

Este mtodo de mantenimiento consiste en efectuar las intervenciones en losequipos antes de que se produzca la avera y a intervalos fijos previamentedeterminados. Los principales inconvenientes que presenta este tipo demantenimiento son las paradas necesarias para realizar las revisiones y lasprdidas debidas a la sustitucin de piezas que an no han llegado al final de suvida til.

2.2.3. Mantenimiento Predictivo.

Es una variante del mantenimiento preventivo pero que permite predecir el

estado y grado de fiabilidad de una mquina sin necesidad de pararla un largoperiodo de tiempo. Mediante el mantenimiento predictivo es posible ajustar conmayor precisin el ciclo de vida real de los componentes susceptibles de cambio orenovacin. La mayor desventaja de esta modalidad de mantenimiento es el costede los equipos empleados en el diagnstico y la elevada formacin requerida por elpersonal. Algunas de las tcnicas empleadas [4] son: anlisis de vibraciones,termografa y anlisis de lubricante.

2.2.4. Mantenimiento Modificativo.

Incluye este tipo de mantenimiento las diferentes tareas complementarias delas tareas del mantenimiento [5], siendo principalmente:

Mantenimiento de instalaciones accesorias (lneas elctricas,climatizacin, telfonos, saneamiento, etc).

Acople de accesorios, instalacin de nuevos equipos o la realizacin demodificaciones en las mquinas para su mejora, modernizacin oadecuacin a nuevas demandas.

Renovacin o reconstruccin de equipos, realizando revisionescompletas de las instalaciones y procediendo a la renovacin de algunosde los elementos o a la retirada total del grupo, en estos casos se estudiala posibilidad de la reutilizacin de componentes an en buen estado.

Participacin en programas de investigacin, asesora tcnica, puestapunto de maquinaria y comprobacin de prestaciones de equipos segncontrato.


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2.2.5. Mantenimiento Productivo Total (TPM) (a).

Este modo de mantenimiento iniciado en Japn, aglutina las funciones demantenimiento y produccin, con el objetivo de la constitucin de una estructuraempresarial que obtenga la mxima eficiencia del sistema de produccin (eficienciaglobal). En el modelo TPM la responsabilidad de la vigilancia y el mantenimiento

bsico de primer nivel corresponde a los operadores de cada una de las mquinas.Se busca englobar no solo a los departamentos de produccin y mantenimiento,sino al resto de los departamentos de la empresa como seran investigacin ydesarrollo, ventas o administracin; donde colaboren todos los miembros.

Se crea en el entorno de trabajo mecanismos para prevenir las diferentesprdidas, alcanzndose un nivel ptimo de operacin, con la prcticamente nulaexistencia de accidentes, defectos en los productos, averas o fallos [6].

2.2.6. Mantenimiento Proactivo.

Esta modalidad de mantenimiento se centra en realizar una serie deactuaciones sobre los equipos que eviten el fallo de los mismos. El mantenimiento

proactivo emplea la informacin suministrada por las tcnicas de predictivo,actuando sobre las variables de entrada al sistema para evitar el fallo de lamquina. El conocimiento obtenido sobre el funcionamiento del equipo y ladeteccin de los principales problemas detectados mediante la metodologaproactiva son aplicados en la fase de diseo de nuevas mquinas, eliminando deeste modo la causa del fallo desde el origen.

2.2.7. Mantenimiento Centrado en la Fiabilidad (RCM) (b).

Las nuevas exigencias de calidad y la bsqueda continua de una reduccinde costos por fallos han provocado la aparicin de nuevas formas de trabajo en elrea del mantenimiento [7], destacando el mantenimiento centrado en la fiabilidad(RCM) que se define como el proceso usado para determinar los requerimientos demantenimiento de cualquier sistema dentro de su contexto de operacin. Lospuntos fundamentales del RCM son los siguientes.

Determinacin de las funciones a cumplir por el sistema as como laseleccin de mecanismos de proteccin ptimos que eviten fallos. Seoptimizarn las funciones de los diferentes elementos para evitaroperaciones redundantes innecesarias pero sin poner el peligro laseguridad del equipo.

Identificacin de las circunstancias y hechos que dan lugar a un fallo ascomo las consecuencias que la aparicin de los mismos tienen sobre elnormal funcionamiento del equipo.

asiglas del nombre en ingls Total Productive Maintenance (TPM).bsiglas del nombre en ingls Reliability-Centered Maintenance (RCM).


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Establecer claramente las causas de los diferentes fallos y noconfundirlas con sntomas. A continuacin se debern evaluar lasconsecuencias de estos fallos; con el conocimiento del sistema, el RCMbusca tanto la prevencin de los fallos como evitar o reducir lasconsecuencias de los mismos cuando stos tienen lugar.

Finalmente se selecciona el plan de mantenimiento a aplicar en funcin

de las particularidades del sistema con el que se est trabajando,optimizndose las tareas realizadas y llevando a cabo un mantenimientoms efectivo.

2.2.8. Mantenimiento Asistido por Ordenador (MAO).

El empleo de la informtica es indispensable en la aplicacin de losdiferentes tipos de mantenimiento anteriormente mencionados, especialmente enempresas de donde la cantidad de datos e informacin manipulada es elevada. Lossistemas de Gestin de Mantenimiento Asistido por Ordenador (GMAO) sonsistemas informticos capaces de gestionar el mantenimiento basndose en unaserie de datos de entrada (elementos a mantener, operaciones realizadas, repuestos

de almacn, etc.) y que proporcionar una serie de datos de salida como ratios degestin, informacin de incidencias o datos sobre averas.

El objetivo principal de un sistema GMAO es proporcionar al departamentode mantenimiento una informacin fiable e inmediata de: stock de piezas pararealizar reparaciones, datos histricos de las mquinas o de las tareas programadasun da determinado; permitiendo as una optimizacin de las tareas demantenimiento [2]. Las principales caractersticas de este sistema son:

- Es un software de gestin estndar o desarrollado a medida.

- Requiere de una infraestructura informtica para su correctofuncionamiento: redes de comunicaciones, ordenadores, software bsicoy contiene una base de datos encargada de recoger toda la informacinrelacionada con el mantenimiento.

- Proporciona al personal de mantenimiento todo el soporte necesariopara llevar el control de las tareas y tomar decisiones para establecercambios de actuacin.


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2.3. Aceites Lubricantes.

2.3.1. Definicin.

Un lubricante es toda sustancia que pueda utilizarse para reducir elrozamiento entre piezas y mecanismos en movimiento. Los lubricantes cumplen

una serie de funciones durante su trabajo [8,9,10]: Reduccin de la friccin y desgaste; separando las superficies en

movimiento.

Controlar la temperatura; absorbiendo y posteriormente disipandoel calor generado por la mquina.

Prevencin de la corrosin.

Control de la contaminacin; manteniendo los contaminantes ensuspensin y transportndolos hasta los filtros.

Transmisin de potencia; en el caso de aceites hidrulicos.

2.3.2. Aceites Base.

Los principales constituyentes de un lubricante son los denominados aceitesbase, los cuales se clasifican en tres grupos segn su origen: minerales, sintticos yvegetales. Los aceites base minerales proceden de la destilacin del petrleo en lasrefineras, donde segn el crudo de origen, se subdividen en:

Parafnicos:contienen gran cantidad de cadenas de alcanos ramificados,baja densidad (0,8800,890 g/cm3), reducida variacin de viscosidad conla temperatura o ndice de viscosidad elevado (100), baja volatilidad ybajo poder disolvente (tendencia a la formacin de lodos).

Naftnicos: contienen cadenas de alcanos de estructuras cclicas ypolicclicas, presentan propiedades contrarias a los parafnicos conformems cortas son las cadenas fijadas a los ciclos. Poseen una densidadelevada (>0,900 g/cm3), bajo ndice de viscosidad (4060), considerablevolatilidad y un gran poder disolvente.

Aromticos: estn compuestos por cadenas no saturadas y anillosaromticos, tienen una densidad superior a parafnicos o naftnicos y sundice de viscosidad es muy bajo, llegando incluso a valores negativos.Forman fcilmente emulsiones con el agua y tienen tendencia a laoxidacin, provocando la formacin de productos resinosos o asflticos,acompaados de derivados corrosivos.

Los aceites base sintticos son obtenidos a partir de diferentes fluidos desntesis orgnica que se mezclan para obtener aceites lubricantes de prestaciones


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superiores a las bases minerales tradicionales. Los principales compuestosempleados en la formulacin de aceites sintticos son los siguientes:

Hidrocarburos sintticos: son compuestos orgnicos obtenidos a partirde monxido de carbono e hidrgeno mediante el proceso Fisher-Tropsch, por lo tanto no proceden del petrleo. Al ser compuestostotalmente sintticos contienen rangos de cadenas de hidrocarburos

perfectamente definidos.

Polialfaolefinas (PAO). Son hidrocarburos puros de parafinasramificadas, con nulo contenido de azufre, fsforo, ceras o metales. Laviscosidad viene determinada por las ramificaciones. Las principalesdesventajas son su bajo poder solvente de aditivos, limitada resistencia ala oxidacin, adems de tender a disolver sellos y manguitos de goma.

Disteres. Proceden de la reaccin de di-cidos orgnicos con alcoholes.Presentan una excelente fluidez a bajas temperaturas y bajos puntos decongelamiento, alto ndice de viscosidad, excelente resistencia al corte yelevada estabilidad trmica. La principal desventaja es su alto poderdisolvente, alterando sellos, pinturas y recubrimientos de los elementoslubricados. Se tornan inestables con la presencia de agua dando lugar acompuestos cidos.

Poliol-steres.Son generados a partir de la reaccin de mono-cidos decadenas de 5 a 10 carbonos con poli-alcoholes como los glicoles. Susprestaciones mejoran las de los disteres, adems algunas variedadesson biodegradables. La principal desventaja es el alto poder disolvente,tendiendo a alterar sellos, pinturas y acabados con mayor intensidadque los disteres.

steres fosfatados: Son obtenidos a partir de reacciones de fenolessustituidos con cido fosfrico. Tienen una excelente estabilidad trmicay resistencia fuego. Dado que su densidad es superior a la del agua, anteuna posible contaminacin, sta flotara sobre el lubricante. Sonincompatibles con aceites minerales. Tienen un bajo ndice deviscosidad. Estn siendo sustituidos por otros compuestos dada suelevada toxicidad.

Poliglicoles (PAG).Son sintetizados a partir de la adicin de xido deetileno a iniciadores que contienen oxgeno como seran un alcohol, unglicol o un ter. Su naturaleza polar les confiere buenas propiedadeslubricantes. Tienen una baja generacin de lodos, ya que sus productosde descomposicin por altas temperaturas son gaseosos. Sonbiodegradables. Actualmente son los principales componentes de loslquidos de frenos de los automviles.

Siliconas.Son fluidos especficos formados por cadenas de tomos dede silicio y oxgeno con cadenas ramificadas. Tienen un elevado ndice


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de viscosidad, superior a 300, son qumicamente inertes y no txicos.Presentan una buena fluidez a bajas temperaturas, baja volatilidad,resistencia elevada al fuego y reducida afinidad al agua. No suelen sermiscibles con otros fluidos derivados del petrleo.

En la tabla 2.1 se muestran las propiedades fsicas fundamentales de los

principales componentes de los aceites sintticos, comparndose con aceitesminerales.

Tipo de compuestoViscosidad a100C (cSt)

DensidadRelativa

ndice deViscosidad

Punto deInflamacin

(C)

Punto decongelacin

(C)

Polialfaolefina 18,12 0,870 126 221 - 79

Dister 19,6 0,955 176 232 - 51

Poliol ster 15,0 0,975 135 232 - 51

Poliglicol 50 1,01 150 177 - 55A

ceitesinttico

ster fosfrico 6,7 1,02 90 220 - 80

Fabricante 1 7,8 0,842 98 156 - 15

Fabricante 2 19 0,860 103 200 - 15

AceiteMineral

Fabricante 3 30 0,870 105 208 - 9

Tabla 2.1. Propiedades fsicas tpicas de lubricantes sintticos y minerales.

En ltimo lugar se resean los aceites base de origen vegetal que sonobtenidos a partir de procesos de refinado de semillas de soja, girasol, maz ocanola. Su principal ventaja es la elevada biodegradabilidad que presentan,hacindolos idneos para uso en motores de dos tiempos, o zonas de engraseabierto. Las mayores desventajas que presentan frente a los de origen mineral sonsu elevado coste y su baja resistencia a la oxidacin.

2.3.3. Aditivos.

Los aditivos son los compuestos qumicos aadidos a los aceites base,mejorando sus propiedades, seleccionndose en funcin del uso final dellubricante. La cantidad adicionada de estos elementos no suele superar el 5% delconjunto. Los grupos principales de aditivos existentes en el mercado son:

- Reguladores del punto de congelacin: se encargan de reducir el punto decongelacin del aceite dificultando la cristalizacin de las parafinas. Su


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estructura qumica est compuesta por largas cadenas de poliacrilatos ypolimetacrilatos.

- Modificadores de viscosidad:aumentan el ndice de viscosidad (capacidad demantener la viscosidad de un aceite con el aumento de temperatura) de loslubricantes. En la figura 2.1 se muestra su comportamiento, a altastemperaturas, las cadenas de polmero se solvatan, rodendose de molculas

de aceite base, haciendo que aumente la viscosidad del lubricante; a bajastemperaturas, los polmeros estn menos solvatados, no interfiriendo en elflujo de aceite. Los modificadores de la viscosidad han dado lugar a los aceitesdenominados multigrados. Los principales polmeros empleados soncopolmeros de olefinas, polimetacrilatos, copolmeros de estireno-butadieno ypoliisopreno hidrogenado.

Figura 2.1. Modificadores de la viscosidad en altas (a) y bajas (b) temperaturas.

- Detergentes o dispersantes: la principal funcin de estos aditivos es minimizarlos depsitos en las partes calientes del motor, principalmente pistones ysegmentos. Mantienen la carbonilla, lodos y dems insolubles en suspensinen el aceite, evitando su aglutinacin y deposicin. La estructura ms comn

de los detergentes es la de sulfonatos unidos mediante metales divalentescomo calcio o magnesio, los cuales adems presentan buenas propiedadesantioxidantes e inhibidoras de corrosin. Las molculas de los dispersantespresentan una doble polaridad, el extremo polar, generalmente formado porpoliaminas se une a la partcula mientras que el extremo apolar, compuestopor poliisobutileno, se orienta hacia el seno del lubricante. Las partes polar yapolar estn unidas por un puente de cido succnico.

- Antioxidantes: se encargan de evitar que el aceite, en presencia de aire y aaltas temperaturas, se oxide, tornndose cido y formando lodos o barnices,todos estos fenmenos provocan adems un oscurecimiento del aceite. Losantioxidantes se encargan de neutralizar los radicales libres, principalesresponsables de la degradacin. La mayora de los aceites base ya contienen ensu composicin ciertos antioxidantes naturales, no obstante, su concentracin

(a)

(b)


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es menor a la recomendada, por ello se aaden nuevos aditivos como son lasaminas, fenoles sustituidos o el cinc dialquilditiofosfato ZDDP.

Figura 2.2.Estructura del dialquilditiofosfato de cinc (ZDDP).

- Antidesgaste: estos tipos de aditivos protegen del desgaste por abrasin a loscojinetes sujetos a grandes cargas, suelen ser compuestos multifuncionales quetambin protegen de fenmenos corrosivos. Su modo de proteccin se basa en

la creacin de una fina pelcula que recubre los elementos en contactoadherindose a ellos con cierta fuerza. El aditivo ms utilizado para estepropsito es el ZDDP ya comentado en otros apartados, demostrando sumultifuncionalidad.

- Inhibidores de corrosin y herrumbre: los inhibidores de la corrosinprotegen a los cojinetes de base cobre, estao o plomo; suelen ser detergentesbsicos y compuestos protectores de imidazol, benzotriazol y ZDDP. Losinhibidores de herrumbre forman una superficie polar adherente sobre lassuperficies de acero, que repele el agua e impide la corrosin del hierro; enlubricantes para MCIA se suelen emplear sulfonatos mientras que en aceitesindustriales del tipo R&O (c) (herrumbre y oxidacin) se emplean derivados de

cidos fosfricos y cidos grasos de cadenas largas.2.4. Parmetros para la Determinacin de la Degradacin del Lubricante.

2.4.1. Viscosidad.

La viscosidad es la resistencia (o frotamiento interno) existente entre lasmolculas de un fluido al deslizarse entre s. Los aceites minerales y las mezclas deaceites minerales son fluidos newtonianos, donde el esfuerzo cortante, , esproporcional al gradiente de velocidades, obtenindose el valor de la viscosidadabsoluta, , segn la ecuacin 2.1:

cSiglas del trmino en ingls Rust(herrumbre) y Oxidation(oxidacin).


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dz

d

= (ec. 2.1)

La viscosidad absoluta, tiene como unidad en el sistema cegesimal el Poise(P) mientras que en el sistema internacional se expresa en Pouiseville (PI). En laprctica, la viscosidad absoluta se determina a partir de la viscosidad cinemtica, ,y la densidad, , las cuales son ms sencillas de determinar experimentalmente.

= (ec. 2.2)

La unidad de la viscosidad cinemtica en el sistema cegesimal es el Stoke(St), en el SI se expresa en m2/s, equivalente a 104St, o dicho de otro modo, 1 cStequivale 1 mm2/s.

La viscosidad es la propiedad fsica ms importante que define a un aceitelubricante, determinando el establecimiento de la capa de lubricacin. Si se empleaun aceite excesivamente viscoso para los requerimientos de trabajo, las prdidasmecnicas aumentan debido a un mayor rozamiento. La seleccin de un lubricantede una viscosidad ms baja de la requerida puede dar lugar a desgaste en laspiezas por prdida de la capa de lubricacin. Los lubricantes son seleccionadossiguiendo la curva de Stribeck mostrada en la figura 2.3, donde son consideradoslos parmetros de velocidad (N), viscosidad del lubricante () y la carga aplicada(P).


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Figura 2.3. Curva de Stribeck.

La zona de trabajo ideal de los puntos lubricados de una instalacin debersituarse en la zona de mnimo frotamiento (alrededor del punto C), debido a que esnecesario tener mrgenes de seguridad en previsin de holguras o sobrecargastemporales, la zona real de trabajo se extiende a lo largo del segmento CD.

Otro de los parmetros de seleccin de un tipo de lubricante en suviscosidad a una temperatura de trabajo determinada, siendo este criterioempleado en la clasificacin de aceites segn SAE (d) para aceites de motor yengranajes, mientras que la clasificacin ISO define los grados de viscosidad de

aceites hidrulicos. Ambas clasificaciones y las equivalencias entre ellas semuestran en el Anexo A.

La viscosidad cinemtica se determina por distintos mtodos, clasificndosehabitualmente segn el tipo de equipo de laboratorio empleado en el ensayo:

1. Mediante la medida del tiempo de circulacin del aceite a travs de uncapilar, pertenecen a este grupo los viscosmetros de Ostwald oUbberholde. El valor de la viscosidad cinemtica del fluido se calculadirectamente, multiplicando el tiempo tardado en fluir por la constantede calibracin del aparato.

dSiglas de la Sociedad de Ingenieros de Automocin, en ingls Society of Automotive Engineers.

Coeficiente

deFriccin

(f)

A B

D

C

LUBRICACINMIXTA OPORPELCULA

DELGADA

LUBRICACINHIDRODINMICA

LUBRICACINLMITE

P

NHERSEYdeParmetro


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2. Mediante la medida del tiempo de vaciado de un recipiente de volumenfijo, el cual tiene un orificio de dimetro perfectamente conocido, en estegrupo se incluyen los viscosmetros de Saybolt, Redwood y Engler.

3. Mediante el tiempo de desplazamiento de un objeto slido a travs delaceite, principio que utilizan los viscosmetros de cada de bolas. Para ladeterminacin de la viscosidad, se mide el tiempo que tarda una bola en

caer desde un extremo hasta la base de un tubo lleno del aceiteanalizado.

4. Mediante el cizallamiento que se produce en el aceite contenido entredos superficies, sometidas a un movimiento relativo, a este grupopertenecen los viscosmetros de Mac Michel.

Los distintos viscosmetros tienen en comn el hecho de que la temperaturadel ensayo debe de ser perfectamente conocida, homognea y constante a lo largode todo el proceso, ya que la viscosidad depende en gran medida de latemperatura. Las temperaturas ms empleadas en estos ensayos son 40C y 100C(e), que son utilizadas en el clculo del ndice de viscosidad.

La viscosidad cinemtica puede ser alterada por distintos factores, tal comomuestra la tabla 2.2, por ello, realizando un seguimiento de la evolucin de suvalor es posible detectar anomalas en el funcionamiento del motor.

Descenso de Viscosidad Aumento de Viscosidad

Cambios en laestructura del

lubricante

Ruptura de las molculas.Degradacin de los aditivosmodificadores del IV.

Polimerizaciones.Oxidacin.Prdidas por evaporacin.Formacin de lodos ylacas.

ContaminacinCombustible.Disolventes.Mezcla de aceite (deviscosidad inferior).

Agua (emulsiones).Espumas.Insolubles.Mezcla con aceite deviscosidad superior.

Tabla 2.2. Parmetros que alteran el valor de la viscosidad.

2.4.2. Densidad.

La densidad es la relacin existente entre la masa de lubricante y el volumenocupado, medido a un temperatura constante. La densidad vara en funcin de lanaturaleza del lubricante, los aceites de base parafnica tienen menor densidad que

eEstos valores en grados Celsius equivalen a los valores en grados Farenheight 212 F y 210 F.


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los de tipo aromtico o naftnico. En el mantenimiento de instalaciones no se suelerealizar un seguimiento de la densidad del lubricante debido al elevado volumende aceite requerido para realizar la determinacin (100 ml aproximadamente) y a lapoca informacin que da su medida. La variacin de la densidad de un aceitevendra dada por una degradacin por el uso del mismo (la prdida decompuestos voltiles dara lugar a un aumento en la densidad) o por la entrada de

contaminantes, que puede dar lugar tanto a un aumento como a una disminucinde densidad.

Existe una escala especfica para definir la densidad de lubricantes,denominada densidad API (f), la cifra dada por este parmetro se obtiene a partirde la ecuacin 2.3.

5,1315,141=

API (ec. 2.3)

A partir de esta ecuacin los aceites de grado API por encima de 10 tendrnuna densidad superior al agua y los de grado por debajo de 10 una densidad

menor a la unidad. Por tanto, a mayor grado API menor ser la densidad delaceite.

2.4.3. Punto de Inflamacin.

El punto de inflamacin de un aceite es la temperatura mnima a la cual, elaceite desprende la cantidad suficiente de vapores para inflamarse,momentneamente, al serle aplicada una llama directa.

Los lubricantes estn compuestos por una amplia gama de especiesmoleculares, por ello cuando, son calentados, las fracciones ms voltiles pasan alaire que rodea la superficie del aceite que est siendo calentado, esta concentracinde voltiles aumenta con la temperatura, llegndose a un punto en el cual, al ser

aplicada una llama directa, estos vapores se inflaman durante un instante, nopropagndose la combustin hasta el resto de muestra lquida.

Existen tres ensayos estandarizados para determinar el punto de inflamacinde lubricantes:

Punto de inflamacin en vaso abierto (Cleveland), este mtodo emplea unrecipiente metlico que es llenado de lubricante, el aceite se calienta demanera escalonada y peridicamente se pasa una pequea llama sobre susuperficie. Este proceso contina hasta que un pequeo destello, aparecesobre la muestra al pasar la llama de prueba, la temperatura del lquido enese momento ser el punto de inflamacin en vaso (o copa) abierto.

fSiglas del Instituto Americano del Petrleo, en ingls American Petroleum Institute.


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Punto de inflamacin en vaso cerrado (Pensky-Martens), en este ensayo, lamuestra es confinada en un recipiente cerrado, en cuyo interior la llama deprueba es introducida segn un cierto intervalo. El recipiente se calientasiguiendo un proceso fijado y adicionalmente se puede agitar la muestra parahomogeneizarla durante el desarrollo del ensayo.

Ensayo en copa cerrada reducido, es un ensayo similar al de Pensky-Martens

pero donde se emplea un volumen muy inferior de muestra en el anlisis.

El punto de inflamacin de un lubricante puede ser afectado por diversosparmetros, tal y como muestra la tabla 2.3. Estas variaciones en el valor del puntode inflamacin son empleadas para estimar la procedencia de contaminantes delmotor.

Tabla 2.3. Factores que modifican el punto de inflamacin de un lubricante.

El ensayo ms preciso para la determinacin de contaminacin porcombustible es el de vaso cerrado, ya que es ms sensible para porcentajes bajos decontaminante en el lubricante que el mtodo de vaso abierto, tal y como pone demanifiesto la figura 2.4.

Disminucin del punto deinflamacin

Aumento del punto deinflamacin

Cambios en la estructuradel lubricante

Craqueo trmico. Polimerizaciones.

ContaminacinCombustibles.Aadido de aceite dedistintas propiedades.

Agua.Residuos carbonosos.Glicoles.Mezcla con aceite dedistintas propiedades.

Prdidas del lubricante -----Evaporacin trmica.Deshidratacin por vaco.


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Figura 2.4. Determinacin de la contaminacin por combustible de un

aceite lubricante mediante el punto de inflamacin.

2.4.4. Detergencia.

La detergencia de un lubricante es la capacidad que tiene para evitar oreducir la formacin de depsitos carbonosos en el motor (alojamientos de lossegmentos, falda de los pistones, guas y vstagos de las vlvulas) y manteniendoen suspensin estos depsitos.

A la detergencia de un aceite nuevo se le asigna un valor de 1 (100 %), con eluso de dicho lubricante en el motor, este valor va disminuyendo paulatinamente,no obstante, una disminucin rpida de la detergencia puede ser provocada por lossiguientes factores:

Contaminacin del lubricante con combustible o agua.

Trabajo a temperaturas por encima de las recomendadas.

Exceso de materiales insolubles en el lubricante.

El equipo analtico empleado en los laboratorios especializados para lacuantificacin de la detergencia es un equipo fotomtrico, el cual calcula el rea deuna mancha de lubricante sobre un papel absorbente, determinandoposteriormente mediante patrones internos la detergencia de la muestra.

2.4.5. Color.

El control del color de los lubricantes industriales como herramienta dediagnstico se fundamenta en la comparativa de la tonalidad del lubricante usado


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frente al nuevo. Con el uso, debido a fenmenos oxidativos el color inicial amarilloclaro se va tornando a anaranjado llegando incluso a colores marronceos, cuantomayor es la coloracin del lubricante ms elevado es este deterioro qumico delaceite. Esta comparacin en aceites para MCIA y en particular para motores Dieselno es utilizada ya que la presencia de materia carbonosa en suspensin enmascaraa cualquier coloracin debida a la oxidacin del aceite.

Es posible detectar mediante la observacin de las propiedades dellubricante si existe una contaminacin de agua. Es un mtodo aplicable a todos lostipos de lubricantes, observndose que el aceite adopta una coloracin msblanquecina de lo normal. En aceites industriales se observar que la muestra no estransparente y en aceites de crter se observa cmo el aceite adopta coloracionesgrisceas.

La distinta coloracin dada por los fabricantes a algunos tipos de aceites, concolores que pueden ser azules o rojos, permitiran detectar mezclas accidentales deaceites, no obstante, este posibilidad se menciona como mera curiosidad, dado queel nmero de aceites coloreados es muy reducido.

2.4.6.

Espumacin.Es importante evaluar la tendencia a formar espumas de los aceites

lubricantes, unas bajas propiedades antiespumantes pueden dar lugar a gravesproblemas en mecanismos sometidos a condiciones de alta agitacin del fluidocomo engranajes de alta velocidad, bombas de gran volumen y lubricacin porsalpicadura. La presencia de espumas aumenta las prdidas por sobrepresiones, elriesgo de cavitaciones y el riesgo de fallos mecnicos.

2.4.7. Desemulsibilidad.

La entrada de agua de refrigeracin al circuito de lubricacin deinstalaciones industriales es una posible contaminacin que puede dar lugar a

corrosiones y si esta concentracin es muy elevada a fallos graves de lubricacin. Elparmetro de desemulsibilidad cuantifica cmo de rpido es capaz el aceitelubricante de separar esa agua que haya podido penetrar en el circuito. Esimportante que no se generen emulsiones aceite-agua sino que el aceite sea capazde separar ambas fases y permita que el agua de contaminacin sedimente en elfondo de los depsitos de lubricantes.


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2.4.8. Oxidacin del Aceite. RBOT (g) y TAN (h).

El lubricante reacciona continuamente con el oxgeno atmosfrico, dandolugar a productos de oxidacin cidos, estos procesos degradativos son msrpidos a altas temperaturas, adems, las partculas de desgaste y otroscontaminantes presentes en el lubricante, pueden actuar como catalizadores,

acelerando dichos procesos. Los productos de oxidacin, cidos orgnicos,degradan las prestaciones del lubricante llegando a generar lodos y lacas queforman depsitos en los conductos de aceite y sobre los elementos lubricados,adems estos compuestos pueden llegar a saturar los filtros.

El parmetro denominado nmero cido total o TAN el cual cuantifica tantola cantidad de cidos orgnicos existentes en el lubricante como los cidos fuertesinorgnicos, expresndose en miligramos de KOH por gramo de aceite. Elparmetro medido por el ensayo RBOT evala tambin el grado de oxidacin dellubricante pero en este caso cuantifica el tiempo en que el aceite sometido acondiciones que favorecen los fenmenos oxidativos consume un volumen deoxgeno determinado, ese tiempo permite estimar cmo de resistente sera el aceite

a un deterioro oxidativo. El empleo de lubricantes de base sinttica o de aditivosantioxidantes incrementa dichos tiempos.

2.4.9. Reserva Alcalina. TBN (i).

La reserva alcalina de un lubricante o TBN informa sobre su capacidad deneutralizar productos cidos (principalmente cido sulfrico y cido ntrico)procedentes de la combustin y de la oxidacin del aceite a temperaturas elevadas.El TBN se expresa en miligramos de hidrxido potsico (KOH), por gramo deaceite analizado.

A la hora de realizar un mantenimiento predictivo de motores Diesel, esrecomendable analizar la evolucin del TBN, ya que si se controla el TAN, cuando

ste aumenta de manera clara es porque no se dispone de una reserva en el aceiteque proteja al motor, por tanto la deteccin sera tarda.

El contenido de azufre en los combustibles es el principal factor consideradopara determinar el valor del TBN contenido en un lubricante, tal como muestra lafigura 2.5.

gSiglas correspondientes a la denominacin en ingls del ensayo: Rotating Bomb Oxidation Test(RBOT).hSiglas correspondientes a la denominacin en ingls del ensayo: Total Acid Number(TAN).i

Siglas correspondientes a la denominacin en ingls del ensayo: Total Basic Number(TBN).


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Figura 2.5. TBN recomendado en funcin del contenido de azufre enel combustible.

La reserva alcalina de un lubricante de MCIA puede verse reducida pordistintos factores:

- Reaccin con productos cidos de combustin.- Dilucin por combustible.

- Dilucin por agua.

- Degradacin trmica.

- Adicin de lubricante de TBN inferior.

De igual modo, tambin existen factores que pueden provocar unincremento en el valor del TBN:

- Prdida de compuestos voltiles y consecuente concentracin dellubricante.

- Adicin de lubricante de TBN superior.

La medida del TBN se realiza mediante valoracin potenciomtrica, dondese aaden pequeos volmenes de cido hasta que es neutralizado el contenidoalcalino del aceite.

En ltimo lugar se debe sealar que dado el bajo contenido de azufreexistente en los gasleos de automocin (j) la reserva alcalina de los aceites deautomocin prcticamente no sufre variacin durante su uso. En estudiosrealizados [11] se comprueba ese comportamiento, el exceso de reserva quecontienen los aceites viene dado por el tipo de aditivos empleados, algunos de loscuales no son multifuncionales y adems de mejorar el TBN se encargan de reducir

jInferior al 0,005 % a partir de enero de 2005 segn normativa de Comunidad Econmica Europea)

Valor del TBNdel lubricante

Porcentaje de azufre en el combustible

Mnimo TBNdel aceite nuevo

Mnimo TBN del aceiteusado


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el desgaste del motor, por ello es imposible reducir su contenido. El empleo de lamedida de la reserva alcalina s es un mtodo til para determinar

2.4.10. Espectrometra Infrarroja.

El mtodo de anlisis de lubricante mediante la observacin del espectro

infrarrojo de la muestra es una tcnica empleada por la totalidad de las empresasde diagnstico presentes en el mercado. La tcnica es, simple, econmica y muyrpida, sobretodo despus del empleo de la transformada de Fourier en eltratamiento de espectros.

El espectro infrarrojo no da una informacin exacta de la composicin delaceite, pero permite comparar distintos espectros, realizando los siguientesanlisis:

- Comparacin de los lubricantes: el espectro IR de un lubricante esnico para cada tipo de aceite. Esta caracterstica se emplea para detectarmezcla de aceites o errores a la hora de completar las hojas de datos.

- Determinacin de contaminacin: los aceites lubricantes de motor

pueden ser contaminados por agua, glicol o combustible. Laintroduccin de estas sustancias provoca un cambio en determinadasbandas del espectro infrarrojo del lubricante, siendo posible detectar estacontaminacin e incluso cuantificar de una manera relativa.

- Determinacin de la degradacin: de modo similar a la forma detrabajo para la deteccin de contaminantes, es posible estimar ladegradacin del aceite, en este caso, se cuantifica el contenido deaditivos antioxidantes en el aceite y la evolucin de grupos carbonilos(C=O) procedentes de fenmenos oxidativos.

2.5. Determinacin de la Contaminacin del Lubricante.

2.5.1. Presencia de Agua.

La contaminacin por agua del lubricante es uno de los problemas msgraves que puede sufrir un mecanismo lubricado, ya que puede dar lugar a lassiguientes situaciones:

a) Prdida de las propiedades viscosas del lubricante, generando espumasy lodos, que pueden llegar a saturar los filtros y a obstruir los canales delubricacin.

b) Degradacin por corrosin de los elementos metlicos al actuar el aguacomo electrolito.

c)

Aceleracin de los fenmenos oxidativos del lubricante al ser el aguauna fuente adicional de oxgeno.


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La entrada de agua al sistema puede deberse a un mal estado de juntas, queno son estancas y que dan lugar a la entrada de agua, el agua puede proceder tantodel ambiente de la mquina como de los circuitos de lquido refrigerante. En MCIAexiste otra fuente de contaminacin acuosa, como es el blow-by (k) que contienevapor de agua. Para detectar la contaminacin acuosa del lubricante se empleanprincipalmente los siguientes mtodos:

- Crepitacin:una gota de lubricante es dejada caer sobre una superficiemetlica calentada a 130C (5,0C), si existen contaminaciones de aguapor encima del 0,1% se aprecia un burbujeo debido al vapor de agua quese desprende del aceite. Cuanto mayor es el porcentaje de humedad msbrusco es el proceso y fcilmente identificable la contaminacin

- Destilacin con xileno: consistente en el arrastre por destilacin delagua presente en lubricante mediante el disolvente, posteriormente secondensan los vapores y se mide el agua destilada, que queda en elfondo del tubo al ser inmiscible en el xileno.

- Valoracin mediante reactivo de Karl Fischer:este producto reaccionacon el agua, se van adicionando pequeos volmenes de reactivo hasta

que se neutraliza totalmente el agua existente, midiendo la cantidadconsumida se determina directamente el porcentaje de humedad en lamuestra.

- Viscosidad: se aprecia un considerable aumento en la viscosidad dellubricante, debido a que el agua forma emulsiones que dificultan el pasodel fluido a travs del capilar, la otra razn es la formacin de burbujasde vapor de agua (si el ensayo se realiza a 100C) que tienden a subir,dificultando el paso del aceite.

- Punto de inflamacin: un elevado porcentaje de agua provoca que elpunto de inflamacin tome valores superiores a los esperados.

-

Espectro infrarrojo: la presencia de agua en el lubricante dar lugar a laaparicin de picos de absorcin correspondientes agrupos hidroxilo (-O-H), los cuales se detectan a las frecuencias 3.450, 1.640 y 770 cm-1.

2.5.2. Dilucin por Combustible.

La presencia de gasleo en el lubricante, da lugar a una disminucin de laviscosidad, pudindose producir situaciones de prdida de la capa de lubricacin yun gripado de los elementos metlicos en contacto. La contaminacin es debida

kEl trmino blow-byes ampliamente empleado por los responsables de mantenimiento demotores, con esta expresin se hace referencia al paso de gases de combustin al crter, estosgases contienen CO2, vapor de agua, CO, NOXy derivados del azufre, adems de partculasde holln. Todos estos elementos son contaminantes y adems favorecen la degradacin dellubricante.


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principalmente a la entrada de combustible procedente de inyectores con fugas, loscuales gotean de manera continua, llegando el gasleo hasta el crter.

Las tcnicas empleadas en el laboratorio para detectar el combustible son:

- Cromatografa de gases: es el mtodo ms exacto de determinacin, loscompuestos especficos del combustible aparecen como picos de

concentracin, cuanto mayor sea su porcentaje mayor ser la concentra- Espectrometra infrarroja: es posible detectar la presencia de

combustible en el aceite realizando comparaciones entre el espectro dellubricante nuevo, el espectro del combustible empleado por el motor y elaceite usado. La principal frecuencia de es 875 cm-1.

- Punto de inflamacin: es un mtodo indirecto de anlisis, ya que secuantifica la disminucin del punto de inflamacin, directamenterelacionada con el contenido de combustible en el lubricante.

- Viscosidad cinemtica:la presencia de combustible en el aceite provocauna sensible disminucin en la viscosidad cinemtica. Este mtodo ha

sido tradicionalmente empleado para cuantificar la concentracin degasleo; en la actualidad, no se recomienda su utilizacin, ya que con laaparicin de los lubricantes multigrado, stos tienden a hacerseligeramente ms fluidos por la degradacin de sus aditivos mejoradoresdel ndice de viscosidad, realizndose diagnsticos de contaminacinpor dilucin cuando realmente lo que ocurre es que el aceite estdegradado.

2.5.3. Contenido de Insolubles y Materia Carbonosa.

La materia insoluble presente en un lubricante se relaciona directamentecon:

-

Estado de degradacin del lubricante.- Eficacia de los filtros.

- Nivel de desgaste de los elementos.

- Cantidad de materia carbonosa procedente de la combustin.

Por ello es muy til conocer su valor para la realizacin del diagnstico delmotor, as como seguir su evolucin con el tiempo. Los mtodos analticosempleados para determinar los insolubles son:

- Proceso de disolucin con tolueno y pentano de una muestra delubricante: los insolubles en pentano representan el total de losproductos insolubles presentes en el lubricante. Los insolubles entolueno corresponden a los productos de procedentes de contaminacinexterna, corrosin y desgaste de los mecanismos lubricados y al carbnformado en una combustin incompleta del gasleo o a una posible


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coquizacin del lubricante. La diferencia de peso entre ambos tipos deinsolubles representa la cantidad de compuestos procedentes de ladegradacin del lubricante como son asfaltos, resinas, barnices o lodos.

- Filtrado mediante membranas: se hace pasar la muestra por unamembrana de tamao de poro determinado empleando un disolventepara facilitar el proceso, la diferencia de pesada de la membrana una vez

evaporado el disolvente dar el porcentaje de materia insoluble existenteen el lubricante.

- Fotmetro:es el mismo equipo empleado para determinar la detergenciadel lubricante, es capaz de estimar tanto el porcentaje de insolubles conel residuo carbonoso presente en el aceite.

2.5.4. Niveles de Nitracin y Oxidacin.

Los productos de nitracin se forman durante el proceso de combustin enlos motores de combustin interna, se forman por la presencia de un exceso deoxgeno, por la reaccin del aceite con xido de nitrgeno (NO, NO2, N2O4). Estosproductos son muy cidos formando depsitos slidos en las zonas de combustiny acelerando la oxidacin del aceite. Una excesiva presencia de estos productos enlubricante puede deberse a:

- Exceso de gases que pasan al crter (blow-by).

- Deficiente ventilacin del crter.

- Mala mezcla aire-combustible.

- Baja temperatura de trabajo.

A elevadas temperaturas, el aceite en contacto con el oxgeno del aire seoxida dando lugar a compuestos con grupos carbonilo (C=O) como steres, cetonasy cidos carboxlicos. Estos productos o bien se disuelven en el aceite o bienpermanecen suspendidos en el lubricante debido a la accin de los aditivos

dispersantes. Los cidos carboxlicos contribuyen a la acidificacin del aceite y alconsumo de la reserva alcalina. La deteccin de unos valores elevados deoxidacin puede deberse a: sobrecalentamientos o elevadas temperaturas detrabajo del motor, elevado blow-by y a un excesivo tiempo en servicio dellubricante.

Ambos parmetros son medidos mediante el espectrmetro infrarrojo,centrndose en una determinada frecuencia para cada parmetro: oxidacin, 1.740cm-1y nitracin 1.630 cm-1.

2.5.5. Presencia de Glicoles.

El circuito de refrigeracin de los MCIA emplea principalmente etilenglicol

o propilenglicol como aditivo anticongelante, diluido un 40 % en agua, por ello si


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se produce una fuga de agua de refrigeracin hacia el interior del crter tambin seintroducirn estos compuestos.

El empleo del espectrmetro infrarrojo permite cuantificar el contenido deestos aditivos en el lubricante, analizando las frecuencias caractersticas de 3.370cm-1, 1.085 cm-1, 1.035 cm-1 y 885 cm-1. Si se encuentran glicoles en el aceite y

adems se ha detectado agua se puede saber con certeza que la procedencia de lacontaminacin es el circuito de refrigeracin y no la entrada de agua a travs delblow-by o por humedad del ambiente, las cuales no contienen glicoles en sucomposicin. Por otro lado, es posible detectar glicoles en el lubricante y nodetectarse presencia de agua, en este caso la contaminacin puede deberse a dosmotivos:

1. Entrada de agua procedente del circuito de refrigeracin, el agua se haevaporado debido a las altas temperaturas del motor pero trazas deglicoles an han quedado retenidas en el aceite.

2. Mezcla de aceites, siendo uno de ellos un aceite sinttico, los cualescontienen poliglicoles como componentes del aceite base.

2.5.6. Mezcla de Lubricantes.

Es importante realizar una correcta gestin de los aceites existentes en laplanta y evitar la mezcla accidental de ellos, ya que algunos tipos de aceitespueden llegar a ser totalmente incompatibles. Incluso para aceites de diferentesmarcas que s que seran tericamente miscibles, es importante resear que elresultado es un aceite de prestaciones no conocidas,

Para la deteccin de una mezcla accidental de aceites la tcnica de anlisisempleada es la espetrometra infrarroja, la cual es capaz de obtener un espectro delos diferentes enlaces orgnicos existentes en el aceite. Cada lubricante posee unespectro especfico, por tanto en el momento en que aparezcan picos de otros

aceites es posible detectar esa contaminacin.

2.6. Estudio del Proceso de Toma de Muestras.

El anlisis del lubricante usado como herramienta de diagnstico es unatcnica que requiere que la muestra de aceite extrada sea representativa del totaldel aceite contenido en la mquina, por tanto, si inicialmente este muestreo serealiza de manera inexacta, el resto de resultados obtenidos a partir del anlisis deeste aceite probablemente sean total o parcialmente errneos. A continuacin sedescribirn los principales aspectos a considerar durante el muestreo.


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2.6.1. Condiciones de Muestreo.

El punto de toma de muestras deber ser seleccionado considerando losfactores siguientes:

Muestreo en un conducto donde el lubricante est en continuo trasiego,de manera que no haya un remanso, donde puedan quedar retenidossedimentos. Si no es posible realizar la extraccin desde un conducto defluido, o en el caso de que la mquina no disponga de los mismos, ellubricante se deber muestrear desde el depsito principal de aceite.

Si solamente se selecciona un punto de muestreo ste deber ser anterioral dispositivo de filtrado, recogindose el total de las partculas decontaminacin y desgaste generadas. Sera recomendable la toma antesy despus del dispositivo de filtrado, de manera que se compruebe elcorrecto funcionamiento de ste, reteniendo las partculas de mayortamao; tambin es recomendable cuando se sospecha que el materialfiltrante est deteriorado y se comienza a desprender, contaminando ellubricante con restos de fibras o gomas.

Una vez seleccionado el punto, el aceite debe ser extrado preferiblementecon la mquina en funcionamiento y a la temperatura normal de trabajo, demanera que se asegure una homogeneizacin del lubricante; de igual modo, al serel fluido menos viscoso por temperatura, el muestreo se ve facilitado. Si no esposible obtener la muestra con la mquina funcionando, deber ser tomadainmediatamente despus de la parada, ya que con el aceite en reposo, las partculasde desgaste y el resto de contaminantes tienden a sedimentar. La velocidad desedimentacin, Ut, de las partculas en el seno de un fluido viene regulada por laecuacin 2.4:

act

actppt

DgU

=18

)(

2

(ec 2.4)

A partir de la ecuacin 2.4 se ha trazado la grfica de la figura 2.6 querepresenta el tiempo que empleara una partcula esfrica en descender una altura

de 10 centmetros dentro del seno de un lubricante. Se han graficado los tiempos decada de los principales metales que componen las partculas de contaminacin y

Donde:

g = aceleracin gravitatoria. act = densidad del lubricante.Dp= dimetro de la partcula. act = viscosidad absoluta del lubricante.p = densidad de la partcula.


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desgaste. En los clculos, se ha considerado un aceite lubricante mineral tpico deviscosidad cinemtica 14 cSt a 100C y de una densidad de 880 kg/m3.

La grfica pone de manifiesto la lgica influencia que tiene la composicinde las partculas en el tiempo de cada. Principalmente es reseable que en menosde un minuto todas las partculas de ms de 200 micrmetros han descendido 10

centmetros, por tanto es crtica la correcta seleccin del punto de muestra ya queuna vez parada la agitacin forzada del lubricante en el seno del fluido laspartculas de tamaos elevados sedimentan a gran velocidad.

1,0E-01

1,0E+00

1,0E+01

1,0E+02

1,0E+03

1,0E+04

1,0E+05

1,0E+06

1,0E+07

1 10 100 1000

Dimetro de partculas (micrmetros)

Tiempodecaida(segundos)

1 mes

1 semana

1 dia

Si

Al

Sn

Fe

Cu

Pb

1 hora

1 minuto

Figura 2.6. Velocidad de las partculas de diferentes metales dentro de un fluido lubricante.

En la grfica 2.7 se ha evaluado la influencia de la viscosidad del aceitelubricante sobre la velocidad de cada de partculas de acero de densidad 7.855kg/m3. Se puede inferir que para cualquier viscosidad del lubricante las partculasde menos de 10 micrmetros (que son los tamaos de partculas capaces de seranalizados por las tcnicas espectromtricas) tardan ms de una hora ensedimentar 10 centmetros, es por este motivo por el que suele exigirse que elmuestreo de aceite se realice con la mquina en marcha o como mximo 60minutos despus de haber detenido la agitacin del aceite.


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1,0E-01

1,0E+00

1,0E+01

1,0E+02

1,0E+03

1,0E+04

1,0E+05

1,0E+06

1,0E+07

1 10 100 1000

Dimetro de partculas (micrmetros)

Tiempodecaida(segundos)

1 mes

1 semana

1 dia

320 cSt

220 cSt

150 cSt

100 cSt

68 cSt

32 cSt

14 cSt

1 hora

1 minuto

8 horas

Figura 2.7. Velocidad de las partculas de hierro dentro de diferentes fluidos lubricantes.

2.6.2. Volumen de Muestra.

El volumen de muestra extrado se define principalmente por el tipo deanlisis y las determinaciones que posteriormente se debern realizar sobre lamuestra, en la tabla 2.4 se detalla el volumen aproximado empleado para losanlisis que habitualmente se realizan.

Genricamente, las empresas especializadas en el anlisis suelen extraerunos 80 ml de aceite para el anlisis de aceites de MCIA y cerca de un litro paramecanismos industriales de gran volumen donde se requiere la realizacin de unmayor nmero de ensayos.

DeterminacinVolumenmnimo

DeterminacinVolumenmnimo

Agua 5 ml Recuento de partculas 50 mlMetales (ICP) 5 ml Aditivacin (IR-FT) 5 ml

Carbn, insolubles,detergencia

1 ml Viscosidad Cinemtica 5 ml

TBN / TAN 2 ml Espumacin 200 mlDilucin 5 ml Desemulsibilidad 40 ml

Tabla 2.4. Volumen de aceite empleado en cada determinacin [12].


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2.6.3. Caractersticas de los Recipientes.

Los recipientes para la toma de muestras debern de cumplir los siguientesrequisitos:

- Grado de limpieza superior al grado de limpieza exigido al lubricantenuevo, de este modo se asegura que las partculas que pueda contener

el recipiente no influirn en el diagnstico.

- Realizados en un material ligero, resistente a posibles golpes durantesu manipulacin o transporte y que no reaccione qumicamente con elaceite lubricante contenido. Con un cierre hermtico que evite la fugade fluido durante el trayecto desde la mquina al laboratorio deanlisis.

- Transparente para permitir la deteccin visual de: partculas de grantamao en el aceite, la presencia de dos fases de lquido,contaminacin con agua, sedimentos o sobrenadantes en el aceite.

Los envases empleados por las principales empresas especializadas en el

anlisis de lubricantes son de plstico, especficamente polipropileno (PP) ypolietileno de alta densidad (PE-HD). El nico inconveniente que presentan estosrecipientes es una cierta reactividad con el lubricante que da lugar a una ciertadifusin a travs de las paredes, no obstante dado que el tiempo de residencia de lamuestra dentro de la botella antes de ser analizada no suele ser superior a los 7das estos efectos difusivos son despreciables. En casos especficos donde se deseaevitar totalmente esta difusin, los recipientes debern ser de aluminio (siendo elrecipiente totalmente opaco y presentando el riesgo de una mayor contaminacinde partculas metlicas generadas durante su fabricacin) o vidrio (donde elrecipiente es ms pesado y frgil).

2.6.4. Dispositivos de Toma de Muestras.

Los dispositivos empleados para la extraccin del lubricante se puedenclasificar en los siguientes tipos:

- Equipos fijos instalados en el circuito de lubricante, que han sidopreviamente instalados en los conductos y que permiten al operadorrealizar la extraccin directa del aceite. El muestreo se realiza con lainstalacin en condiciones normales de funcionamiento, es rpido yfiable.

- Equipos ajenos a la instalacin, que slo se introducen en el circuito parael muestreo; en este grupo se incluyen pequeas bombas manuales ojeringas de plstico que permitan la extraccin indirecta del lubricante.Estos dispositivos (mostrados en la figura 2.8) deben ser empleadoscuando no es viable la instalacin de equipos fijos, ya que el muestreo es


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menos fiable y su empleo genera un mayor nmero de residuos (tubos,jeringas).

Figura 2.8. Equipos de toma de muestras. Acople directo a la lnea (a)y bombas manuales de aspiracin (b).

b)

a)


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2.7. Referencias Bibliogrficas.

1 Varios Autores. Mthodes Rapides d'Analyse des Huilles Usages. Technip. 1971.

2Macin Martnez, V.; Tormos Martnez, B.; Olmeda Gonzlez, P. Fundamentos de Ingeniera del

Mantenimiento. Editorial de la Universidad Politcnica de Valencia. 2000.

3Monchy, F. Teora y Prctica del Mantenimiento Industrial. Masson, S.A. 1990.

4 Collacot, R. A. Mechanical Fault Diagnosis and Condition Monitoring Chapman and Hall. 1982.

5Morrow, L. C. Manual de Mantenimiento Industrial. McGraw-Hill. 1984.

6Boucly, F. Gestin del Mantenimiento. AENOR. 1999.

7Moubray, J. Reliability-Centered Maintenance. Industrial Press Inc. 1997.

8Schilling, A. Los Aceites para Motores y la Lubricacin de los Motores. Ediciones Interciencia.1968.

9Caines, A.; Haycok, R. Automotive Lubricants Reference Book. Society of Automotive Engineers,Inc. 1996.

10Bartz, W. J. Engine Oils and Automotive Lubrication. Marcel Dekker. 1992.

11Macin, V.; Tormos, B.; Olmeda, P.; Montoro, L. Valoracin del nivel de reserva alcalina (TBN)de los lubricantes actuales para motores Diesel de automocin. XV Congreso Nacional deIngeniera Mecnica. Cdiz. 2002.

12 The Lubrication Engineers Manual. Association of Iron and Steel Engineers 1996.


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CAPTULO 3.

TCNICAS DE ANLISIS DE METALES

EN ACEITES LUBRICANTES.


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Captulo 3. Tcnicas de Anlisis de Metales en Aceites Lubricantes.

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3.1. Introduccin.

A lo largo del presente captulo se realizar un estudio detallado de losdiferentes tipos de desgaste mecnico que tienen lugar en MCIA y mecanismoslubricados, para posteriormente describir los principales tipos de partculasgeneradas y sus caractersticas morfolgicas. En ltimo lugar, se presentarn las

tcnicas de anlisis empleadas para cuantificar estas partculas que se encuentranen el aceite lubricante.

3.2. El Desgaste Mecnico.

El desgaste mecnico se origina cuando dos o ms cuerpos estn en contactoy existe entre ellos un movimiento relativo; no obstante, tambin existen otrasformas de desgaste donde intervienen fenmenos fsico-qumicos que generanprdidas de material en las piezas. El desgaste es en lneas generales un fenmenoa evitar en los mecanismos, nicamente se podra decir que durante el rodaje demecanismos es recomendable que ocurra un cierto desgaste mecnico, en elaspecto en que se reducen las irregularidades superficiales iniciales de las piezasen contacto.

Existen mltiples clasificaciones de los tipos de desgaste, habindoseseleccionado la establecida por Ayel [1,2] donde los principales fenmenos dedesgaste se subdividen en dos grupos segn la importancia de los mismos, tal ycomo se representa en la tabla 3.1.

Desgaste primario Desgaste secundario

Desgaste por abrasin.

Desgaste por erosin.

Desgaste por adhesin y deslizamiento.Desgaste por fatiga.

Desgaste por corrosin.

Desgaste por vibracin.

Desgaste por cavitacin.

Desgaste por fenmenos elctricos

Tabla 3.1.Clasificacin de los diferentes tipos de desgaste.

Tambin se ha establecido para el caso particular de los motores decombustin alternativa (MCIA) qu tipos de desgaste son susceptibles de sufrir losprincipales elementos del motor (tabla 3.2).


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Tabla 3.2.Tipos de desgaste que se presentan en las diferentes partes del motor [3].

3.2.1. Desgaste por Abrasin.

El desgaste abrasivo tiene lugar cuando partculas o superficies duras sonarrastradas o presionadas sobre otra superficie slida. [1,2,4] Generalmente sedistinguen dos tipos principales de contacto en el desgaste abrasivo:

Desgaste por asperezas duras (a): tiene lugar cuando un cuerpo se

desliza sobre otra superficie de menor dureza, dando lugar aldesprendimiento de partculas [5,6]. Este fenmeno ocurrira en procesoscomo el limado, esmerilado o el rectificado.

Figura 3.1.Desgaste abrasivo entre dos cuerpos.

aEn ingls: two-body wear.

ElementoDesgasteabrasivo

Desgasteerosivo

Desgasteadhesivo

Desgastepor fatiga

Desgastecorrosivo

Camisas, segmentos, pistones. X X X

Levas, empujadores, balancines. X X X X

Vstago-gua de vlvula X X

Apoyo asiento de vlvula X X

Engranajes de distribucin X X X

Muones X X X X

Cojinetes X X X

Bomba de aceite X X X

Bomba de combustible X X X


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Desgaste por partculas duras (b): este tipo de desgaste tiene lugarcuando la partcula abrasiva es retenida entre dos superficies daandolos elementos en contacto. En otras ocasiones las partculas durasquedan incrustadas sobre la superficie de menor dureza [7]. La partculapuede proceder tanto del exterior del sistema lubricado (principalmentepolvo ambiental) como del interior, perteneciendo a fragmentos de

desgaste de otro elemento de mayor dureza.

Figura 3.2.Desgaste abrasivo entre tres cuerpos.

Las asperezas duras y los granos de abrasivos pueden asimilarse aherramientas de corte elementales con ngulos de corte negativo, que producensobre las superficies de friccin un rayado caracterstico con la consiguienteformacin de microvirutas. La velocidad a la cual las superficies se desgastan porefecto de la abrasin depende de los siguientes factores [4]:

Morfologa y dureza: cuanto mayor es la diferencia de durezas delas dos superficies en contacto ms graves son los fenmenosabrasivos; la morfologa de la partcula abrasiva determina elvolumen de material desprendido.

Temperatura:el desgaste crece con el aumento de temperatura delas superficies, no obstante se ha demostrado que en metales como

aluminio o cobre no se aprecia un aumento significativo en eldesgaste cuando se aplican incrementos de temperatura de hasta500C.

Carga y velocidad de contacto: el aumento del desgaste esdirectamente proporcional a la carga y a la velocidad, adems, sidurante el desgaste se generan partculas abrasivas eldesprendimiento de material es superior.

Corrosin: se ha encontrado una relacin directa entre desgasteabrasivo y ambientes corrosivos, especialmente en entornos de bajo

bEn ingls: three-body wear.


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Figura 3.3.Esquema del desgaste adhesivo por soldadura. [9].

Figura 3.4.Esquema del desgaste adhesivo por cizallamiento.

Este tipo de desgaste puede generar los siguientes fallos en los elementos

mecnicos en contacto [2]: Rayado fino (c): es la formacin de rayas suaves en la direccin del

deslizamiento; es un dao menor producido por adhesin y/oabrasin.

Microgripado (d):es un dao localizado, producido por la soldaduramicroscpica en fase slida de asperezas antagonistas de lassuperficies deslizantes, no provoca la detencin brusca delmovimiento de las piezas.

cEn ingls: scratching.dEn ingls: scuffing oscoring.

xidos


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Gripado generalizado (e): es una avera global originada por lasoldadura total de las piezas en contacto, que provoca el bloqueo delmecanismo correspondiente.

3.2.3. Desgaste por Corrosin.

El desgaste corrosivo [5,4] corresponde a un levantamiento por friccinmecnica de los productos de reaccin formados por el ataque qumico de losagentes corrosivos del entorno (como gases de combustin en el caso de losmotores trmicos) o productos de degradacin del lubricante (cidos resultantes deprocesos de oxidacin, hidrlisis de aditivos, etc). En la primera fase de estedesgaste las superficies son sometidas a un ataque corrosivo, que es ms o menosagresivo en funcin de la formacin de una capa de xidos coherente y que protejala superficie de ataques (figura 3.5).

Figura 3.5.Diagrama desgaste corrosivo frente al tiempo.

En la segunda fase del desgaste corrosivo los productos de corrosin son

desprendidos por friccin, en la mayora de los casos estos xidos son ms duros yms frgiles que las superficies originales.

Se debe comentar que algunos tipos de compuestos presentan una elevadaresistencia al cizallamiento (cloruros, sulfuros y fosfatos metlicos uorganometlicos), siendo excelentes lubricantes lmites dadas sus bajas tasas dedesgaste. Este tipo de ataque corrosivo es el empleado en los aditivos lubricantesde extrema presin (EP).

eEn ingls: seizure.

A. Formacin de una capaprotectora coherente.

B. Ausencia del film protector.

C. Desgaste a rupturas.


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Figura 3.7.Efecto del desgaste erosivo.

El desgaste erosivo por lquidos (g) est producido por el impacto delquidos a gran velocidad sobre superficies, como labes de turbinas. La duracindel impacto es muy pequea y produce una muy breve y violenta compresinpulsatoria que se transmite al material originando grietas en los componentesfrgiles y deformaciones plsticas en superficies blandas.

3.2.5. Desgaste por Fatiga.

La fatiga mecnica superficial se produce entre dos superficies enmovimiento de rodadura pura y deslizamiento combinado, con lubricacin ysometidas a una carga que produzca esfuerzos hertzianos. En ocasiones se presentaentre superficies en deslizamiento puro con cargas cclicas importantes, como en elcaso de cojinetes. Se manifiesta con la aparicin de grietas o cavidades sobre lasuperficie del metal.

En la figura 3.8 se muestra esquemticamente la formacin de una grieta defatiga, se observa que se desarrolla en V con su vrtice dirigido en el sentido dela fuerza, el desprendimiento de partculas de desgaste por ruptura se produce a

partir del ngulo de la V debido a los esfuerzos de flexin a los que se hayasometida; cuando el deterioro es mayor se desprenden gruesas laminillas de metal,fenmeno denominado descamado.

gEn ingls: liquid impingement erosion.


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Figura 3.8.Evolucin del desgaste por fatiga.

La fatiga termomecnica afecta a las superficies duras de materiales frgiles(cermicas, carburos, nitruros, etc) con una resistencia a la traccin menor que a lacompresin y sometidas a elevados gradientes trmicos. Este desgaste afectasobretodo a las superficies en deslizamiento puro, con velocidad elevada ylubricadas o no. El deterioro producido se presenta en forma de grietas repartidasuniformemente, en direccin perpendicular a la direccin del deslizamiento.

3.2.6. Desgaste por Cavitacin.

Se define cavitacin como la continua nucleacin, crecimiento y colapsoviolento de burbujas de gas en el seno de un lquido. En la prctica, la cavitacinpuede aparecer en todo lquido en el cual se generen cambios de presin porvibraciones en el flujo o cambios e irregularidades en las conducciones [1]. Elproceso de cavitacin se puede resumir en cuatro fases (figura 3.9):

Fase 1: formacin de burbujas de vapor en las regiones donde lapresin es inferior a la presin de vapor del lquido.

Fase 2: crecimiento de las burbujas de vapor, favorecido por lasmicroburbujas de aire atrapado, por otros gases atrapados en elfluido y por las pequeas impurezas trasportadas por el fluido.

Fase 3:compresin brusca de las burbujas al llegar el lquido a reasde presin superior.

Fase 4:las burbujas son totalment

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