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Análisis de Aceite en PlantaLa Ruta a la ExcelenciaTribológicaIng. Rosalío PérezDirector General / rperez@tmv.com.mx
¿Qué es la tribología?Derivado de la palabra griega tríbō (Frotar o Rozar), laTribología es la ciencia que estudia la fricción y eldesgaste entre superficies que interactúan conmovimiento relativo entre ellas.
¿Qué es la tribología?La tribología es el termino acuñado por el profesor Peter Jost un Ingeniero Mecánicoinglés a quién se le considera el padre de la Tribología, en 1966 publicó un informe sobreel costo de la fricción, el desgaste y la corrosión que estimaba en 1.4% del PIB (ProductoInterno Bruto) de Reino Unido.
Otro dato:Se estima que el 30% de la energía utilizada en el mundo se pierde debido a lafricción.¿Cuánto se pierde por Fricción y desgaste en su planta?
¿Qué es la tribología? La tribología engloba múltiplesdisciplinas que estudian lafricción, el desgaste, losmateriales, los lubricantes y mas,todos en busca de reducir lafricción o de controlarla. Controlar la fricción permiteprolongar la vida de loscomponentes de máquinas eincrementar su confiabilidad.
Análisis de aceiteHerramienta de Confiabilidad
Análisis de aceite, herramienta de confiabilidad En los últimos 30 años el desarrollo denuevos lubricantes se haincrementado de manera notable. A la par, el análisis de aceites se hadesarrollado de tal manera que hoypuede ser usado en la planta deproducción misma, con resultados decalidad de laboratorio. El análisis de aceite en plantadetermina las condiciones de tresparámetros fundamentales paraevaluar la condición del aceite, de lamáquina y sistemas tribológicos:
Análisis de aceite, herramienta de confiabilidadEl análisis de aceite genera un incremento en la confiabilidad al identificar lossiguientes elementos:Condición del lubricanteen base a cambios en suspropiedadesfisicoquímicas que indicandegradación.Eficacia del lubricante en lamáquina al medir la velocidady tipos de desgaste (Adhesión,Abrasión, Fatiga y Corrosión)Identificación de metales dedesgasteZnCaCondición decontaminación sólida,líquida y gaseosaIdentificaciónde pérdida deaditivos
Análisis de aceite herramienta de confiabilidadAl conocer los resultados del análisis de aceite con oportunidad es posible determinar lasacciones preventivas, proactivas y correctivas a implementar para mantener el sistematribológico bajo control, mejorar las condiciones físicas de los equipos, incrementar la vida útil yla confiabilidad.
Cambio de Prácticas de lubricacióncon enfoque a la confiabilidadLa implementación de un programa de análisis de aceite en plantaorientado a la mejora de confiabilidad, genera una serie decambios en las prácticas de lubricación
Cambio de las prácticas de lubricación con enfoquea la confiabilidadMuestreo de aceite orientado a laconfiabilidad mediante el controlde contaminación y la adecuadaselección de puertos de muestreo.Protección tribológica medianteretenedores de sólidos y humedad,puertos de suministro de aceiterediseñados, mirillas efectivas,puertos de muestreo etc.Manejo de lubricantes yRediseño del almacén de aceitesorientados al control de lacontaminaciónControl decontaminación sólida,líquida y gaseosamediante filtración desólidos eficiente,deshumidificadores devacío o filtroscoalescentes.Separación deproductos de laoxidación como losbarnices mediante lananofiltraciónelectrostática.
Tecnologías de análisis de aceiteen planta y en laboratorio
Tecnologías de análisis de aceite en planta yen laboratorioBásico en plantaLaboratorioAvanzado en planta
Análisis de aceite en planta y en laboratorioPruebas básicas en planta:Olor y análisis visual con evaluación de color, apariencia, identificación de partículasa simple vista y presencia de contaminantes como agua en emulsión y libre.
Análisis de aceite en planta y en laboratorioPruebas de laboratorio:Los laboratorios a nivel global ofrecen paquetes de pruebas para distintas aplicaciones comoson turbinas, compresores, bombas, cajas de engranes, motores de combustión, etc.Titración (TAN / TBN/ AGUA)ViscosidadEspectrometríade 24 ElementosFTIRConteo dePartículasAnálisis de Desgaste
Análisis de aceite en planta y en laboratorioUn paquete de pruebas típico en laboratorio externo para máquinas en generalincluye lo siguiente:ANALISIS DE ACEITE DE LUBRICACION DE MAQUINAS EN GENERALQuímicaContaminaciónDesgasteTAN (ASTM D664)Agua (ASTM D6304)Viscosidad 40 C(ASTM D7929)Partículas 4μm, 6μm, 14μm (ISO 4406)*Análisis de elementosAditivos (ASTM D6595)*Análisis de elementos Contaminantes(ASTM D6595)*Análisis de elementos Metálicos(ASTM D6595)ANALISIS DE ACEITE DE LUBRICACION DE EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNAQuímicaContaminaciónTBN(ASTM D2896)Viscosidad 100 C(ASTM D7929)Agua (%)*Análisis de elementosAditivos (ASTM D6595)Sulfatación, Oxidación, Nitración, Glicol(ASTM E2412)Dilución Por Combustible (%)Hollín (ASTM D7686)*Análisis de elementos Contaminantes(ASTM D6595)Desgaste*Análisis de elementos Metálicos(ASTM D6595)* Espectrometría RDE para elementos 10 μm
Análisis de Aceite Avanzado en PlantaMinilab 153
Análisis de Aceite Avanzado en PlantaEl sistema de análisis de aceite avanzado en planta permite identificar la condiciónde los tres parámetros fundamentales de la condición del aceite y de la máquina, deuna manera rápida y fácil, responde a las siguientes preguntas:¿Es el aceite correcto?¿Es apto para su uso?¿Presenta algún cambio en la viscosidad?¿El aceite esta limpio?¿El aceite está seco?¿La máquina se encuentra en buena condición?¿El equipo presenta alguna condición de desgaste?
Análisis de Aceite Avanzado en PlantaAl igual que los analizadores de laboratorio el Mini laboratorio de análisis de aceiteen planta trabaja bajo estándares ASTM, las pruebas que realiza son:
¿Análisis de Aceite en Planta oen Laboratorio?
¿Análisis de Aceite en Planta o en Laboratorio?El análisis de aceite como herramienta predictiva lleva en uso más de 60 años. A lo largo deese tiempo se han desarrollado analizadores y herramientas de análisis cada vez más efectivosy de uso más sencillo, a tal punto que para operar un sistema de análisis en planta no serequiere un experto en química.
¿Análisis de Aceite en Planta o en Laboratorio?Como ejemplo, tomemos el caso del análisiscondiciones químicas y contaminantes querealiza en planta con analizadoresEspectroscopia infrarroja por TransformadaFourier (FTIR por sus siglas en inglés)desededeÉsta tecnología permite analizar elaceite con dos gotas, de una formarápida y simple,Requiere la calibración del espectrode cada tipo de aceite que la plantautilice, pero trae una librería demás de 500 tipos de aceite dediferentes marcas.
¿Análisis de Aceite en Planta o en Laboratorio?¿El análisis de aceite en planta elimina el análisis de laboratorio externo?No, se hace uso de los dos de una manera equilibrada y rentableAnálisis en PlantaRealiza la mayor cantidad de pruebas de rutina de manera rápida yfácil (Resultados en 10 a 15 minutos).Laboratorio ExternoRealizan pruebas por excepción o periódicas con fines de validación deresultados, así como pruebas especiales.EficienciaLa coexistencia de las dos opciones incrementa la confiabilidad yrentabilidad.
¿Análisis de Aceite en Planta o en Laboratorio?Otra razón para mantener abierta la opción del laboratorio externo son las pruebas que no son derutina y que los analizadores en planta no pueden realizar, ejemplos:Determinación de la vida residualdel aceite (RPVOT) en aceite deturbinas y compresores.Prueba RULER para medir elremanente de aditivosantioxidantesAgua por Karl Fisher en aceitesdieléctricos que requieren nivelesde agua por debajo de 10 ppm.
¿Análisis de Aceite en Planta o en Laboratorio?Flash Point (puntode inflamación)Filtro MPC para evaluar laformación de barnicesproducto de la oxidaciónDemulsibilidad para evaluarla velocidad de separacióndel agua en aceite
Correlación del Análisis de Aceite en Plantacon el Laboratorio?El análisis de aceite en planta se correlaciona con el análisis de laboratorio mediante la validación deresultados y verificación de la precisión en la medición de distintos parámetros de condición, unejemplo:*Correlación FluidScan (IR) Vs. TitraciónTAN (mg KOH/g) ASTM D664Correlación de TAN IR conTAN por TitraciónCorrelación de Agua Disuelta IR conagua por Karl FischerCorrelación con ASTM D664TAN (mg KOH/g) IR ASTM D7889*Spectro Scientific Oil Analysis HandbookAgua (ppm Titrador KFW)Espectro IR Típico Obtenido con elFluidScanCorrelación con ASTM D6304Agua (ppm FluidScan)
Correlación del Análisis de Aceite en Plantacon el Laboratorio?*Correlación MiniVisc 3000 Vs. Viscosímetro de Laboratorio Q300 (Resultados dentro del 3% devariación)Viscosímetro de 0Ref. STDNIST10.0318.0454.0897.15180.80310.90% Diff0.110.090.540.520.071.29Viscosímetro portátil MiniVisc3000 vs. Viscosímetro delaboratorio Q300Viscosímetro portátil MiniVisc3000Q3000Ref. STD% ite Usado de MotorAceite Usado de MotorAceite Usado de MotorAceite de Unidad de ProcesoAceite de Caja de 442.172.320.72MiniVisc .30*Spectro Scientific Oil Analysis Handbook% 0.93314.90% Diff1.110.702.002.712.251.98
Límites de Análisis de aceiteen Planta y LaboratorioComo todo instrumento de medición, los analizadoresutilizados en el análisis de aceite, tanto en planta comoen laboratorio tienen límites, ya sea por su tecnología opor el parámetro medido.
Límites de Análisis de aceite en Planta y LaboratorioLos analizadores de laboratorio externo y en plantatienen limitaciones, el laboratorio externo tiene mejorprecisión en algunos parámetros pero el tiempo derespuesta es mayor, puede ser de días o semanas,En industrias de proceso contínuo o equipos de alto valor eltiempo de respuesta es un factor determinante para contarcon un mini laboratorio en planta.Otro factor importante en contra de los analizadores delaboratorio es la generación de residuos químicos usadoscomo los reactivos y solventes de limpieza, aunado a unmayor volumen de muestra requerido.
Límites de Análisis de aceite en Planta y LaboratorioLa tabla siguiente muestra algunas diferencias entre laboratorios externos y en planta parapruebas de rutina:ANALISIS EN LABORATORIOTANViscosidadConteo de PartículasEspectrometríaANALISIS EN PLANTAMétodoPrecisiónTitraciónBuenaRequiere ReactivosMedición indirecta de laoxidaciónFTIRNo requierereactivos nisolventesViscosimetro CapilarBuenapor gravedad a 40 y 100 /- 1 a 2%ºCRequiere solvente delimpiezaLaser o PoroBuenaISO 4406Micro canal porgravedad a 40 ºCNo requieresolvente delimpiezaLaserISO 440621 elementos porEmisión Atómica AES oRDE24 Elementos porBuenaEmisión Óptica RDEBuenaMétodoPrecisiónBuena conCalibración deEspectroBuena /- 3%Buena
Implantación de un programade confiabilidad tribológica
Implantación de un programa de confiabilidad tribológicaPara implementar un programa de confiabilidad tribológica debe considerar los siguienteselementos:Analice las prácticas de lubricación en la planta01El programa de lubricaciónexistente.02Las prácticas de manejo delubricantes y su aplicación alas máquinas.03Las herramientas demejora de condiciones delubricantes.
Implantación de un programa de confiabilidad tribológicaAnalice las prácticas de lubricación en la planta0405La cantidad de fallas relacionadascon la lubricación y el desgaste enperíodos determinados.Los indicadores de evaluacióntribológicos existentes
Implantación de un programa de confiabilidad tribológicaDiseñe el programa de confiabilidad tribológicaEstablezca los objetivos de confiabilidadacorde con los objetivos de la planta Seleccione los equipos a ser incluidos en el programade acuerdo a su criticidad en el proceso, su impactoambiental y costo de paro y reparación.Analice y defina los modos de fallaque generan fallas funcionales yparos, ya sean programados o no.Establezca los indicadores de evaluación dedesempeño, tanto técnicos como económicos.
Implantación de un programa de confiabilidad tribológicaDiseñe el programa de confiabilidad tribológica Defina un programa de análisis delubricantes en base a la criticidad ymodos de falla definidos. Defina las herramientas de mejora decondiciones de lubricantes necesarias,filtración, purificación, etc. Establezca un plan de capacitación delpersonal asociado a la lubricaciónorientado a la reducción de desgaste ymejora de condiciones operativas. Establezca un plan de incentivos, paguepor la confiabilidad de su planta, no porel tiempo de estancia en ella.
Implantación de un programa de confiabilidad tribológicaDiseñe el programa de confiabilidad tribológica Rediseñe el programa delubricación en base a los modos defalla definidos. Rediseñer las prácticas delubricación y su aplicación a lasmáquinas. Rediseñe los sistemas tribológicos(máquina y sistemas delubricación) en base a la definiciónde los modos de falla, requiereprotección contra ingreso decontaminantes, suministro delubricante y mantenimiento deaceites como mínimo.
Casos de éxito
Casos de ÉxitoA lo largo de más de 25 años implantando programas de confiabilidad tribológica,hemos participado en el éxito de varias empresas, la mayoría han tenido como base lossiguientes elementos:Rediseño de la estrategia de confiabilidad tribológica.Implantación de un programa de análisis de aceite enplanta con un 95% de pruebas en sitio y 5% de pruebas enlaboratorio.Rediseño de los sistemas tribológicos (máquina y sistemas delubricación), en base al análisis de los modos de falla.Mejora de las prácticas de lubricación y el manejo de lubricantesImplementación de tareas de mantenimiento de lubricantesY lo más Importante:¡¡¡Un programa de capacitación orientado a la confiabilidad tribológica!!!
Casos de ÉxitoLos Resultados:Caso 1.- Una planta de bebidas que compite en el mercado global reporta:Reducción de ordenes de trabajo preventivo relacionados consistemas tribológicos del 10 a 15% por año.Ahorros de 300 a 360 mil USD por año en consumo deaceites lubricantes e hidráulicos.Incremento del tiempo medio entre fallas de componentestribológicos de mas de 100% en equipos críticos.Incremento en la disponibilidad de 1 a 5% por mejoratribológica.
Beneficios del programa deConfiabilidad Tribológica
Beneficios del programa de ConfiabilidadTribológicaLa implantación del programa tiene los siguientes beneficios:Incremento en la disponibilidad y confiabilidad de lossistemas tribológicos de 1 a 10% dependiendo del estatusal inicio del programa.Reducción de mantenimiento preventivo de 10 a 30%.Ahorro en el consumo de aceites lubricantes de 10 a 50% anualal implementar los cambios por condición en lugar de plazospreestablecidosReducción del costo de mantenimiento de 10 al 40% en función de laimplementación de mejoras proactivas.Reducción de residuos peligrosos de 10 al 50% anualReducción en primas de seguro por mejora en la condición y reducción demantenimiento.
Conociendo el MiniLab 153
Análisis de Aceite Avanzado en PlantaMinilab 153
Pruebas y Parámetros del MiniLab 153 Conteo de Partículas y Código ISO 4406Contenido Total Ferroso en ppmDistribución de Tamaño de partículasClasificación e imágenes de Partículas dedesgaste (Abrasivo, Adhesivo, fatiga, fibras )Prueba 3Condición de Contaminación y Desgaste45
Pruebas y Parámetros del MiniLab 153 Aditivos, contaminantes, Metales dedesgaste 10um. Metales de desgaste: Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Mg, Mn, Mo, Ni, Ag,Sn, Ti, V, Zn Elementos de contaminación: B, Ca, K, Si,Na Condición química: Aditivos: Ba, B, Ca, Cr, Cu, Mg, Mo, P, Si, Zn46
Práctica de análisis de aceite
Fallas Funcionales del aceite.Viscosidad IncorrectaOxidaciónContaminaciónDesgaste
Prueba de Viscosidad
Fallas Funcionales del AceiteViscosidad:La viscosidad es un parámetro fundamental del aceite, la disminución o incremento de laviscosidad en cantidades mayores al 15 % de su valor nominal, puede generar fallas queprovocan desgaste prematuro. Esto puede ocurrir por temperatura excesiva, mezcla deaceites de distinta viscosidad, contaminación líquida (agua o productos del proceso) odilución por combustible.
Prueba de ViscosidadEn el sistema de análisis de aceite en planta usaremos el MiniVisc3050. Primero se acondiciona la celda del Viscosímetro colocando unpoco de aceite sobre el microcanal y limpiándolo posteriormente.
Prueba de ViscosidadSe introducen las plavas del microcanal en la posición de prueba
Prueba de ViscosidadLas placas estabilizarán a una temperatura de 40 C. Durante esteproceso se mostrará en pantalla el porcentaje de Avance.
Prueba de ViscosidadCuando el instrumento lo indique, cargar la muestra. Colocando con lapipeta con 60µl de aceite, de una manera vertical, inyectando el aceitede manera uniforme.
Prueba de ViscosidadResultado
Prueba Química yContaminación por Agua
Fallas Funcionales del AceiteOxidación:La oxidación es una falla funcional del aceite que provoca una disminución en la lubricidad.Un incremento en la fricción o mayor dilatación y en consecuencia mayor temperatura .En el sistema de análisis de aceite en planta usaremos el analizador FTIR para obtener elvalor de TAN y Oxidación.
Fallas Funcionales del AceiteContaminación por Agua:La contaminación por agua genera una falla funcional del aceite que disminuye lalubricidad, incrementa la fricción y genera desgaste excesivo, adicionalmentegenera corrosión en componentes ferrosos. Cuando no se detecta a tiempo lacontaminación por agua puede causar daños catastróficos en las máquinas.En el sistema de análisis de aceite en planta usaremos el analizador FTIR
Prueba Química y Contaminación por AguaIniciar la prueba desde el software o bien desde el instrumentoFluidScan.
Prueba Química y Contaminación por AguaLimpiar la celda y aplicar 2 gotas de aceite en la mirilla con laayuda de la pipeta.
Prueba Química y Contaminación por AguaColocar la celda dentro del instrumento.
Prueba Química / Contaminación por AguaUna vez con la celda adentro, presionar OK para comenzar lamuestra. Y dejar que termine el proceso. una vez terminada laprueba, los resultados se verán reflejados en el software.
Prueba Química y Contaminación por AguaExtraer la celda y Limpiar la mirilla con un paño de microfibradesechable
Prueba de ContaminaciónSólida, Clasificación deDesgaste y Contenido Ferroso
Fallas Funcionales del AceiteContaminación por Sólidos.La contaminación por sólidos es una falla funcional del aceite que provoca desgastepor abrasión y por consecuencia fallas prematuras. La contaminación por sólidos seevalúa con un contador de partículas láser o de poro, bajo la norma ISO 4406. Unaceite limpio en una máquina multiplica la vida útil de rodamientos, cojinetes,engranajes, bombas de lubricación y compunentes de sistemas hidraúlicos.En el sistema de análisis de aceite en planta usaremos el analizador LNF 230.
Fallas Funcionales del AceiteClasificación de Desgaste.Es muy útil conocer las características de partículas de desgaste presentes en elaceite, pues esto permite correlacionar con otras tecnologías de análisis paraidentificar la causa raíz de falla.Hacer la clasificación a mano es prácticamente imposible, por lo que se requiere deun instrumento que realice esta tarea de manera automática. El LNF tiene estafunción y se usará en este ejercicio. El desgaste lo clasifica por Abrasión, Adhesión,Fatiga
Prueba de Contaminación Por SólidosÉsta prueba se inicia desde el software OILVIEW. Sumergir el tubing de succión delLNF 230 dentro de la muestra de aceite previamente homogenizada y desgasificadaEn la misma prueba se mide y clasifica el contenido ferroso y los tipos de desgaste
Prueba de Contaminación Por SólidosEl instrumento succionará el aceite requerido de la muestra. Al terminar deSuccionar el aceite, se requerirá colocarl fluido de limpieza.Al terminar el proceso de limpieza, los resultados se mostraran en elSoftware OilView. Conteo de Partículas y Código ISO 4406Contenido Total Ferroso en ppmDistribución de Tamaño de partículasClasificación e imágenes de Partículasde desgaste (Abrasivo, Adhesivo,fatiga, fibras )
Prueba de Espectrometría deElementos
Fallas Funcionales del AceiteAnálisis de Elementos.Una falla funcional importante es la pérdida de aditivos y la presencia de contaminantes ymetales de desgaste en un rango de 0-10 micras en el aceite. Para identificar la condición yevolución del aceite y de la máquina, es recomendable incluir el análisis de elementos medianteespectroscopia. Esta técnica permite identificar y cuantificar los elementos presentes en elaceite de una máquina. En esta prueba se identifican hasta 24 elementos en tamaños pordebajo de 10 micras con el Spectroil 120C.
Prueba de Espectrometría de ElementosPreparar el espectrómetro, limpiar el lente del detector y colocar un disco yuna barra de grafito.
Prueba de Espectrometría de ElementosCon ayuda de una pipeta desechable, llenar el contenedor de muestra ycolocarlo dentro del espectrómetro.
Prueba de Espectrometría de ElementosCerrar la puerta y presionar el botón de inicio, la prueba dura 30 segundos,y los resultados serán guardados de manera automática en el softwareOilView. Retirar los consumibles utilizados del espectrómetro (disco degrafito, electrodo, recipiente con aceite).
ResultadosLos resultados obtenidos en las pruebas anteriores son mostrados yguardados de manera automática en el software OilView
CONCLUSIONES El análisis de aceite es una tecnología predictiva yproactiva que toda planta industrial debe adoptar El análisis de aceite en planta da respuesta rápida,incrementa la confiabilidad de las máquinas y mejora larentabilidad del negocio. El análisis de aceite en planta no elimina el análisis enlaboratorio externo, se complementan para alcanzarmejor eficiencia de resultados y confiabilidad El análisis de aceite en planta colabora para mejorar lacalificación ambiental, pues reduce significativamente lageneración de residuos peligrosos.
POR SU ATENCIÓNGRACIAS!¡Rosalio Pérezrperez@tmv.com.mxAhora . ¡A Implementar!
El análisis de aceite en planta se correlaciona con el análisis de laboratorio mediante la validación de resultados y verificación de la precisión en la medición de distintos parámetros de condición, un ejemplo: *Correlación FluidScan (IR) Vs. Titración Correlación con ASTM D664
