Aceites y Tpm

8/18/2019 Aceites y Tpm

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Fecha de Recibo: 21 abril de 2 3

Fecha de Aceptación: 19 de mayo de 2 3

IDENTIFICACIÓN DEL ANÁLISIS DE ACEITES LUBRICANTES COMO ELEMENTO DELMANTENIMIENTO PREDICTIVO

RESUMENEl análisis de aceites usados proporciona información sobre el nivel decontaminación con partículas sólidas, la relación de la viscosidad con latemperatura, el contenido de aditivos, el nivel de deterioro del aceite usado, el

nivel de desgaste mecánico de las superficies metálicas que se lubrican y lasmaterias orgánicas.

PALABRAS CLAVES: mantenimiento predictivo, análisis de aceites.

ABSTRACTThe used oils analysis provides information the level of solid particulate

contamination within the oil, the relationship of the viscosity with the

temperature, the content of additives, the degradation in the oil, the level ofmechanical wear of the metallic surfaces that are lubricated and the organic

matters.

KEYWORDS: predictive maintenance, oil analysis.

SANDRA LILIANA GÓMEZ L. Ingeniera [email protected]

BEATRIZ ELENA GONZÁLEZ J. Ingeniera Industrial

RODOLFO RODRÍGUEZ BIngeniero MecánicoProfesorUniversidad Nacional de ColombiaSede [email protected]

1. INTRODUCCIÓN

El mantenimiento predictivo utiliza varias técnicas paraconocer el comportamiento de un equipo, una de las queactualmente se utiliza y que define el enfoque de esteartículo, es el análisis de aceites lubricantes usados. Los

beneficios tangibles de implementar esta herramienta sonla reducción de paros innecesarios por falla en equipo,reparaciones innecesarias, aumento de la vida útil de losequipos, disminución de gastos, aumento de laconfiabilidad de la maquinaria, mantenimiento efectivo,mejor planeación y programación de la producción, y los

beneficios implícitos son el aumento de la confiabilidad

por parte del cliente al recibir su pedido a tiempo, calidaddel producto relacionada con un mejor funcionamiento delos equipos, y por consiguiente, la generación de ventajasfrente a la competencia.

El presente artículo pretende dar a conocer la herramientade análisis de aceites lubricantes usados dentro de un

programa de mantenimiento predictivo y las ventajas que podría brindar si se implementa adecuadamente en elsector industrial. Además, se aplica esta herramienta enun compresor de aire como objeto de estudio para hacerevidentes los aspectos involucrados al utilizar estatécnica.

2. MANTENIMIENTO PREDICTIVO CON BASEEN EL ANÁLISIS DE ACEITES

El mantenimiento predictivo se basa en predecir la averíaantes de que esta se produzca por medio de laimplementación de un programa para la construcción deun modelo que requiere llevar a cabo los siguientes pasos [1]:

1.

Reconocimiento de la planta: se basa en un análisisde la condición de la máquina.

2. Selección de máquina: se realiza teniendo en cuentasu nivel de criticidad, requerimientos de personal,cronogramas de producción, costo de tiemposmuertos, etc.

3. Selección de técnicas óptimas para la verificación dela condición: esta etapa responde las preguntas conrespecto a la condición de la medición.

4. Implementación del sistema de mantenimiento predictivo: está constituida por la definición de loscronogramas de inspección, diseño o selección de un

programa para manejar datos y realizar un programa

para el adiestramiento del personal.5. Análisis de datos y establecimientos del rango de

operación: en esta etapa se establecen los límites deoperación del equipo.

6. Mediciones de referencia de los equipos: se realizaun programa de acuerdo al conocimiento de lacondición del equipo.

7. Medición periódica de los parámetros: estos pasosson medición de los parámetros, recopilación dedatos, sistematización de datos y análisis de latendencia de detección de fallas.

8. Análisis de la condición operativa del equipo.9. Corrección de la falla: los datos de la falla se deben

pasar al historial del equipo, para aumentar lacapacidad de diagnóstico del programa.

2.1 Análisis de aceites lubricantes usados: losobjetivos que se persiguen al realizar un análisis deaceites son los siguientes:

Establecer la condición del aceite. Predecir fallas. Evitar daños permanentes. Disminuir paradas innecesarias.


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SCIENTIA ET TECHNICA N° 21 JULIO / 2003 / 84

Aumentar la vida útil del equipo. Aumentar la disponibilidad del equipo. Incrementar la eficiencia del equipo. Reducir costos por mantenimiento, mano de obra y

repuestos. Establecer la frecuencia del cambio de aceite. Asegurar el lubricante adecuado para el equipo.

Se analizan principalmente dos tipos de aceite, los de tipoindustrial y el aceite de los motores de combustióninterna.

A continuación se abordarán los diferentes tópicos que setuvieron en cuenta para llevar a cabo este trabajo.

2.1.1 Pruebas de análisis para aceites lubricantes:existen pruebas químicas que involucran latransformación de una sustancia y pruebas físicas que nola requieren en la Tabla 1 se presentan las pruebas que sele realizan a los aceites industriales.

2.1.2 Método de muestreo de aceites lubricantesusados: las muestras pueden ser extraídas de varios sitios,a saber [ 2, 3]:

a. Para determinar si el aceite puede seguir prestandoservicio, la muestra debe ser tomada lo más cerca

posible del punto o línea de retorno del aceite aldepósito.

b. Si se quiere determinar la naturaleza del contaminante, la muestra debe ser tomada del fondodel depósito, después que el aceite haya reposadocierto tiempo.

Tabla 1. Pruebas que se le realizan a los aceites industrialesPruebas físicas Pruebas químicas

Viscosidad Número de neutralizaciónColor Oxidación

Punto dellamarada

Insolubles en pentano y benceno

Punto de fluidez Contenido de aguaDemulsibilidad Cenizas sulfatadas

Espumación CorrosiónCenizas Punto de anilina

Gravedad API Contenido de azufreDesgaste Análisis infrarrojo

Extrema presión Difracción de rayos xOlor Absorción atómica

2.1.3 Procedimiento de muestreo: las muestras deaceites usados se deben tomar recién detenido elmecanismo con el fin de que todas las impurezas sehallen en suspensión en el cuerpo del aceite y losresultados sean lo más representativamente posibles. Elmuestreo se pude realizar por medio de los siguientesmétodos [2]: Tapa de llenado (Man Hole).

Método del tapón de drenaje. Depósitos periféricos: debe removerse cualquier

suciedad en el tapón de drenaje. Método de sifón: la muestra es tomada del punto

medio del cárter. Método de válvula de presión: la muestra puede ser

tomada con el equipo en operación.

2.1.5 Tamaño de la muestra y tipo de envase: lascantidades mínimas de muestra que deben ser enviadas allaboratorio para hacer un análisis completo del aceite semuestran en la Tabla 2.

Tabla 2. Cantidad de muestra por tipo de aceite [4] Tipo de aceite Cantidad

Aceite de turbina, sistemashidráulicos y sistemas decirculación

1 Litro

Aceites para motores diesel ya gasolina

1 Litro

Aceites para engranajes ytransmisiones automotrices

½ Litro

Depósitos sólidos 100 gramosAceites para cortes (solubles yno solubles)

1 Litro

Los recipientes empleados para alojar las muestras pueden ser botellas de vidrio o metálicas bien limpias.

3. APLICACIÓN DEL ANÁLISIS DE LOSACEITES LUBRICANTES USADOS

3.1 Selección del Equipo: para el desarrollo de este

trabajo se seleccionó el compresor WORTHINGTON dellaboratorio de procesos productivos de la Universidad Nacional sede Manizales, que aunque no cumple contodos los factores para ser un equipo crítico, representaun objeto de trabajo válido a nivel académico. En laTabla 3, se presentan las especificaciones del compresor:

Tabla 3. Especificaciones del compresor Worthington ESPECIFICACIÓN

MODELO 15XTR2SERIE 445B – 2756T

POTENCIA 25 HPCABEZOTE 3 cilindros

TIPO Pistones en WMÁXIMA PRESIÓN 125 librasVOLTAJE 220 / 440

AMPERAJE 68 – 63 / 31,5 ciclos

3.2 Lubricante a Analizar: las especificaciones el aceitelubricante que se analizará se encuentran en la Tabla 4.

3.3 Selección de Pruebas para el Análisis del AceiteLubricante: se seleccionaron las pruebas que

proporcionaban información valiosa acerca del equipo,


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considerando los recursos con los que cuenta launiversidad.

Tabla 4. Especificaciones del aceite lubricanteCARACTERÍSTICA VALOR TÍPICO

Marca

Castrol monogrado

super HDClasificación SAE 30Clasificación API SF – CC1

Viscosidad a 100 ºC, cSt 11Viscosidad a 40 ºC, cSt 103,11Densidad relativa, 20 ºC 0,885Índice de viscosidad, mín 90Punto de inflamación, ºCmín

200

Cenizas sulfatadas, % de peso

0,6

Número básico total 3Zinc, % de peso 0,08Contenido de agua, % 0

Las pruebas seleccionadas se realizaron siguiendo los procedimientos de las normas técnicas astm y son:

Viscosidad a 40 ºC: norma ASTM D445. Contenido de agua: norma ASTM D95 Análisis metalográfico. Cenizas: norma ASTM D482. Cenizas sulfatadas: norma ASTM D128. Número total ácido (T.A.N): norma ASTM D664. Número total básico (T.B.N): norma ASTM D664. Insolubles en pentano y benceno: norma ASTM D893.

3.4 Diseño y Ejecución del Proceso de Nuestreo:inicialmente se establecieron dos muestreos para los cualesse desarrollaron las pruebas antes mencionadas, pero comodos muestras no proporcionan suficiente información paraexplicar el comportamiento del aceite lubricante conrespecto al tiempo, con la colaboración del laboratorio detexaco, se analizaron dos muestras mas. el laboratorio detexaco realizó las pruebas de contenido de agua, viscosidady análisis metalográfico, debido a que son las pruebas quecon mayor frecuencia realizan a este tipo de equipo.

Para determinar la frecuencia de toma de muestras seanalizaron dos grupos de aceites, el primero corresponde

a una sola muestra que fue tomada a los cuatro meses deservicio del aceite (muestra 1), en el momento de cambiodel lubricante, al segundo grupo pertenecen las otras tresmuestras de aceites que fueron obtenidas al mes, dosmeses y tres meses de servicio del aceite (muestras 2, 3 y4 respectivamente). Entre cada toma de muestras del

1 SF: Recomendado para el servicio de motores a gasolina de vehículosde los años 1988 y anteriores.

CC: Aceites para motores Diesel.

segundo grupo se realizaron adiciones de aceite nuevo para compensar el nivel de este en el equipo.

La cantidad de muestra tomada para hacer todas las pruebas fue de ¼ de galón, se utilizaron recipientes plásticos para almacenar el total de la muestra y de vidrio para manejar las muestras pequeñas de cada prueba. Las

muestras se tomaron por el método del tubo de drenajeeliminando la cantidad extraída al inicio, con el fin deobtener una muestra representativa del materialdepositado en el fondo del tanque.

3.5 Análisis de Resultados: a continuación se presentanlos resultados de las pruebas realizadas a las cuatromuestras tomadas al lubricante del compresor de aire. Latabla 5 contiene los resultados de las pruebas comunesrealizadas por ambos laboratorios (viscosidad, contenidode agua y análisis metalográfico por absorción atómica),y en la tabla 6 se presentan el resto de las pruebasrealizadas en los laboratorios de la universidad para la

muestra 1 y la muestra 4.

3.6 Diagnóstico del Equipo: existen algunos factores quese deben tener en cuenta antes de concluir sobre losresultados para hacer un dictamen efectivo, tales como: elcompresor de aire estudiado en este trabajo no tiene un usocontinuo en la universidad, existen limitaciones con lacalidad de las pruebas en los laboratorios de la universidad yno hay conocimiento de los patrones de Texaco. Evaluandolos resultados obtenidos al analizar las cuatro muestras seobservó que: La viscosidad tuvo una disminución fuera de los límites

en cada una de las muestras, lo que demuestra el uso deun aceite inadecuado.

El contenido agua fue un problema constante en esteaceite, representando un índice de gravedad para eldesempeño del equipo porque puede ocasionar laoxidación del aceite y de las mismas partes delcompresor. Aunque en la muestra final esta propiedadmejoró notablemente por la adición de aceite nuevo enla toma de la muestra 3.

La presencia de cobre y plomo tuvo un comportamientosimilar en las cuatro muestras, caracterizado por valoressuperiores a los permisibles. Relacionando estosresultados se puede deducir desgaste de los cojinetes.

Las partículas de hierro y silicio reportaron alarma en la primer muestra, condición que se puede explicar por laextensión del periodo de servicio del aceite. Por el

contrario, en las otras tres muestras las ppm obtenidasse encuentran en los niveles normales, debido al menor

periodo de operación del compresor y a la adición deaceite sin usar al momento de tomar cada muestra.

El contenido de cromo y aluminio presenta uncomportamiento normal, es decir, el desgaste presenteen pistones, bujes, anillos y arandelas de empuje seencuentra dentro de los límites permisibles.


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Tabla 5. Resultados de los análisis para cada una de las muestras tomadas

* TERPEL. Aceites usados herramienta del mantenimiento preventivo y reducción de costos de lubricación en la industria.Terpel del centro s.a. 1996.

** TEXACO. Diagnósticos de análisis de aceites usados. Texaco. 1999.

*** TRUJILLO, C. GERARDO. Interpretación de análisis de aceite. En: http://www.noria.com.mx.

Tabla 6. Resultados de los análisis complementarios para las muestras tomadasPRUEBA

LÍMITESCONDENATORIOS

MUESTRA 1 MUESTRA 4

Cenizas, % - 3,3 0,60Cenizas sulfatadas, % - 1,619 0,7837

Insolubles en pentano, % 1* 1,0776 0,5235Insolubles en benceno, % 0,5*** 1,1534 0,1791

Número Ácido Total, mg KOH /g 2** 0,018 0,007 Número Básico Total, mg KOH /g 7,3627 8,03

* Description of individual Oil Analysis Tests. En: www.pmaint.com/index.html. Julio de 2002.** TERPEL. Aceites usados herramienta del mantenimiento preventivo y reducción de costos de lubricación en la

industria. Terpel del centro S.A. 1996.

*** Consulta con expertos.

Los valores reportados en las muestras 1 y 4 en las pruebas de cenizas, cenizas sulfatadas, insolubles en pentano, insolubles en benceno, número ácido total ynúmero básico total varían notablemente por ladiferencia en las condiciones de trabajo tanto dellubricante como del equipo. La muestra 1 fuetomada al cambiar completamente el aceite presenteen el compresor, sin adicionar aceite nuevo a lo largode la vida útil del lubricante y, la operación de esteequipo fue continua porque se encontraba dentro del

periodo académico de la universidad. En cambio, la

muestra 4 es el resultado de la toma de muestras yadición de aceite nuevo para recuperar el nivel dellubricante dentro del compresor, además, de hacer

parte de una operación interrumpida por el periodode vacaciones y paro estudiantil.

Considerando las anteriores anotaciones se recomiendadesarrollar las siguientes actividades para mejorar lascondiciones actuales del equipo: Limpiar el cárter después de cada cambio de aceite

para eliminar las partículas que se encuentranadheridas a las paredes del compresor.

Definir un periodo de cambio del aceite teniendo encuenta las horas de funcionamiento y estableciendo

por medio del análisis de aceites las tendencias de lasvariables más importantes.

Utilizar un aceite industrial para la lubricación de las partes del compresor.

Revisar en cada cambio de aceite el estado de losfiltros de aceite y de aire.

Controlar las posibles fugas de agua e impedir lacontaminación externa que pueden causar el excesode agua en el aceite.

Establecer un periodo de drenaje para eliminar elagua presente.

Analizar cuidadosamente los valores resultantes delanálisis de aceites para establecer las medidascorrectivas correspondientes.

Registrar y analizar estadísticamente los datoshistóricos del análisis de aceites para el compresor paraestablecer un modelo de mantenimiento predictivo.

4. CONCLUSIONES

Relacionando todas las pruebas que se le analizaronal aceite lubricante del compresor de aire se puedeconcluir que:

- Debido a que el aceite utilizado en la lubricación delcompresor es de motor, el agua se emulsiona coneste, impidiendo recuperar el aceite por medio deldrenaje.

- De acuerdo a la naturaleza de las pruebas se observauna relación directa entre el aumento de cenizassulfatadas, el porcentaje de insolubles y la presenciade metales, aunque este último da resultadosespecíficos de la cantidad y el tipo de metal dedesgaste o contaminación (el estudio de cada metal

brinda información sobre el origen de estecontaminante).

- Con base en el análisis realizado por medio de las pruebas de laboratorio, se pudo observar mediante suinterpretación que las pruebas más representativas

para el estudio del compresor son la viscosidad, elcontenido de agua y el análisis metalográfico, debidoa que proporcionan información más específica parael diagnóstico del equipo.

- El número de muestras analizado permitió comparardiferentes estados del aceite con respecto al tiempo


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de servicio del lubricante y del equipo, y verificar lasvariables que constituyen un problema permanentedentro del sistema como la viscosidad, el contenidode agua y las partículas de cobre y plomo. Aunquela cantidad de muestras no fue suficiente paraestablecer una tendencia si se pudo definir los

problemas críticos del compresor mediante laconfrontación de los resultados.

5. BIBLIOGRAFÍA

[1] ROYO, Jesús A., TORRES, Fernando yRABANAQUE, Gloria. Análisis de vibraciones einterpretación de datos. En: http://www.puntex.es/mantenimiento/sumario136.htm.

[2] MARAVEN. Maraven en la industria. Muestreo de productos derivados del petróleo. Boletín técnico Nº10.

[3] TEXACO. Diagnósticos de análisis de aceitesusados. Texaco. 1999.

[4]

ALBARRACIN, Pedro. Lubricación industrial yAutomotriz. Tomo I. Medellín (Colombia). 1985.

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