DIAGNOSTICO POR DEGRADACIÓN Y

CONTAMINACIÓN DE ACEITE

LUBRICANTES

1. Un lubricante es una sustancia que, colocada entre dos piezas móviles, no se degrada, y forma así mismo una película que impide su contacto, permitiendo su movimiento incluso a elevadas temperaturas y presiones.

2. Una segunda definición es que el lubricante es una sustancia (gaseosa, líquida o sólida) que reemplaza una fricción entre dos piezas enmovimiento relativo por la fricción interna de sus moléculas, que es mucho menor.

3. En el caso de lubricantes gaseosos, se puede considerar una corriente de aire a presión que separe dos piezas en movimiento, en el caso de los líquidos, los más conocidos son los aceites lubricantes que se emplean, por ejemplo, en los motores. Los lubricantes sólidos son, por ejemplo, el disulfuro de molibdeno (MoS2), la mica y el grafito.

DIAGNOSTICO POR DEGRADACIÓN Y

CONTAMINACIÓN DE ACEITE

LUBRICACIÓN

1. La lubricación o lubrificación es el proceso o técnica empleada para reducir el rozamiento entre dos superficies que se encuentran muy próximas y en movimiento una respecto de la otra, interponiendo para ello una sustancia entre ambas denominada lubricante

2. Una adecuada lubricación permite un funcionamiento continuo y suave de los equipos mecánicos, con un ligero desgaste, y sin excesivo estrés o ataque a las partes móviles (cojinetes y engranajes). Cuando falla la lubricación, los metales y otros materiales pueden rozar y destruirse unos a los otros, causando daños irreparables, calor y fallo general

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL1. DIAGNOSTICO POR DEGRADACIÓN Y CONTAMINACIÓN DE ACEITE

Los sistemas de lubricación juegan un papel muy importante en el funcionamiento de cualquier tipo de máquina y tienen encomendadas una serie de funciones, entre las que destacan:

A. Lubricar las partes sometidas a fricción (reducir el rozamiento y, por tanto, el desgaste y la energía consumida por este concepto).

B. Disipar el calor generado por fricción.

C. Reducir fugas internas (sellado de piezas, etc.).

D. Proteger las piezas de la corrosión.

E. Arrastrar partículas, condensados y sedimentos limpiando y controlando la formación de barros.

¿ Como se deterioran los lubricantes?Para que el aceite pueda cumplir todas estas funciones satisfactoriamente debe mantenerse limpio, químicamente estable y libre de contaminantes. Por ello los síntomas que sirven para controlar el estado del sistema de lubricación son la degradación y la contaminación del aceite.

Además de esto es fundamental que la presión, temperatura y caudal de aceite se mantengan dentro de los valores apropiados en cada caso.

Degradación Contaminación

La degradación del aceite es el proceso por el que se reduce su capacidadPara cumplir sus funciones por alteración de sus propiedades.

Contaminación

1. .Elementos metálicos, procedentes de desgaste de piezas y que producen a su vez desgaste abrasivo.

2. óxidos metálicos, procedentes de la oxidación de piezas y desgaste de las mismas que originan igualmente desgaste abrasivo.

3. Polvo y otras impurezas que se introducen en el sistema de lubricación y proceden del medio exterior (filtros rotos, orificios, respiraderos, etc.).

4. Agua procedente de los sistemas de refrigeración y/o condensación de humedad atmosférica..

5. Combustibles, que diluyen el aceite.

6. Productos procedentes de la degradación de los aceites, como barnices y lacas que resultan del proceso de envejecimiento del aceite.

Curiosidades HISTÓRICAS

Los tanques rusos fueron más efectivos que los alemanes. mientras que los carros alemanes en 1941 se atascaban en la nieve o el barro. Las máquinas eran lubricadas con aceites especiales anticongelantes. Las tropas soviéticas estaban diseñadas para luchar en invierno usando lubricantes adecuados, por eso los alemanes en diciembre de 1941, preferían la subametralladora soviética a sus propias armas.

La improvisación fue obligatoria para los alemanes. Prendían fuego debajo de los cañones y reemplazaban los lubricantes con Kerosén que funcionaba mejor, aunque debía ser reemplazado constantemente. El aceite de girasol servía como un buen lubricante en operaciones con temperaturas bajo cero, pero sólo se obtenía en el sur de Rusia. Sólo a partir del segundo invierno en Rusia, los alemanes pudieron contar con lubricantes adecuados.

Curiosidades HISTÓRICAS

Durante la Guerra de Corea los americanos tenían problemas con la lubricación del armamento de los aviones, debido a las nuevas altitudes alcanzadas por los aviones y a la climatología de Corea.

Gracias a los nuevos lubricantes inventados el ratio de aciertos paso de 1:1 a 10:1 (Lubricantes sintéticos)

PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES

1. ViscosidadLa definición de viscosidad es la resistencia de un líquido a fluir. Entre más resistencia crea el líquido, más alta la viscosidad. Entre más viscoso el aceite, más consumo de combustible, más temperatura y más esfuerzo hará el motor. El factor más importante en la selección del aceite es su viscosidad. Para crear el colchón hidrodinámico correcto para la protección máxima en alguna velocidad, su superficie, diámetro y tolerancia requiere una viscosidad específica. En el diseño de un motor, esta viscosidad ideal es calculada y recomendada. Como indicamos anteriormente, un aceite muy delgado no provee bastante lubricación hidrodinámica, y un aceite muy viscoso no fluirá

correctamente.

La viscosidad del aceite depende de la temperatura. Para expresar la tendencia del aceite a cambiar su viscosidad con la temperatura se utiliza el índice de viscosidad,

PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES

2. PUNTO DE INFLAMACIÓN

El punto de inflamación es la temperatura mínima a la que se desprenden vapores combustibles capaces de inflamarse en presencia de una llama. Esta muy relacionado con la viscosidad, de forma que cuando el punto de inflamación baja también lo hace la viscosidad y viceversa.

Se determina calentando una muestra contenida en un pequeño vaso y aplicando una pequeña llama en la proximidad de la superficie. La temperatura a la cual se inflama momentáneamente representa el punto de inflamación de la muestra (Métodos Normalizados ASTM D92 de vaso abierto y ASTM D93 de vaso cerrado).

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PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES

3. Punto de Congelación

Esta característica es una de las más importantes cuando los sistemas hidráulicos se destinan a trabajar a temperaturas ambiente muy bajas.

En efecto, desde que se pone en marcha el motor de la máquina, el fluido debe estar en condiciones de circular inmediatamente a través de las tuberías. El punto de congelación viene ligado al desparafinado de los aceites, es decir, los aceites de naturaleza nafténica tienen puntos de congelación inferiores a los aceites de naturaleza parafínica.

Para obtener el punto de congelación o de coagulación de un aceite, se puede obtener por enfriamiento (descenso de la temperatura) o por calentamiento progresivo. Los aceites sometidos a un descenso gradual de temperatura llegan a un punto en el que comienzan a enturbiarse debido a la formación de microcristales de parafina. A esta temperatura se le denomina punto de niebla (cloud point).

A pesar de que el fluido aún mantiene su movilidad, este punto debe tenerse en cuenta en ciertas aplicaciones tales como compresores frigoríficos, puesto que a partir de este punto pueden existir dificultades con las válvulas y discontinuidad de película lubricante. Si se continúa bajando la temperatura, los cristales de parafina aumentarán de tamaño, hasta llegar a un punto en el que el fluido no presenta movilidad alguna: es el punto de congelación.En general un aceite mineral no debe utilizarse a una t emperatura inferior a 10º C por encima de su punto de congelación. Es decir, si un aceite tiene de punto de congelación -30º C, no se utilizará a temperaturas

inferiores a -20º C.

PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES

4. ACIDEZ/BASICIDAD

En un aceite el grado de acidez ó alcalinidad puede expresarse por el número de neutralización respectivo, el cual se define como la cantidad de base ó ácido, expresado en mgr. de KOH, que se requiere para neutralizar el contenido ácido ó base de un gramo de muestra, en condiciones normalizadas.

La acidez ó alcalinidad de un aceite nuevo da información sobre el grado de refino y aditivación; mientras que el de uno usado da información sobre los contaminantes y fundamentalmente sobre la degradación del mismo.

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

LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA

La Relación entre Viscosidad y Lubricación Hidrodinámica La lubricación hidrodinámica es la separación de componentes por un colchón de aceite que se forma hidrodinámicamente. En un motor, la mayoría de la lubricación de los cojinetes es proporcionada por este colchón hidrodinámica. Cuando la quema de combustible empuja el pistón hacia abajo contra su biela y el cojinete para forzar el giro del cigüeñal, necesitamos un colchón de aceite para reducir la fricción y el desgaste. La formación de la película hidrodinámica depende de la geometría, velocidad de la máquina, la carga que lleva y la viscosidad del aceite. En un motor, también depende de la presión del aceite y la condición del filtro de aceite.Para obtener este colchón, se bombea el aceite por el cigüeñal forzándolo a salir por el orificio, entrando a presión en el cojinete para separarlo del cigüeñal.

Cada motor está diseñado con ciertas tolerancias, tomando en cuenta la viscosidad del aceite recomendado. El punto más crítico es el momento de arranque. En el arranque y apagado del equipo no hay lubricación hidrodinámica, eliminando esta lubricación.

Una vez que el motor está en funcionamiento normal, existe un colchón bastante fuerte, aunque una pérdida de viscosidad en el aceite podría dejar fluir el aceite del cojinete más rápido de lo que entra, causando desgaste.

Uno de los puntos más importantes en la lubricación de motores es la viscosidad cP en puntos calientes del motor bajo altas presiones. Para medir esto se utiliza la prueba HT/HS (Alta Temperatura/Alta Cizallamiento) que mide la viscosidad mínima a 150°C a 90 ciclos de estrés para simular las condiciones de los cojinetes del motor.

Esta viscosidad determina la protección del aceite en lubricación hidrodinámica.

las normas del SAE J30 0 dictan que los aceites mantengan las siguiente viscosidades en estas condiciones (estos valores han sido modificados con los años):

LUBRICACIÓN HIDRODINÁMICA

Si el aceite es muy delgado (baja viscosidad),fluye directamente al cárter sin separar las piezas.

Esto provoca desgaste prematuro

Si el aceite es muy espeso (alta viscosidad), no puede salir al cojinete con bastante rapidez para formar este colchón. Esto también provoca desgaste prematuro.

LUBRICACIÓN LÍMITE

La llamada “LUBRICACIÓN LÍMITE” en la que la viscosidad no es tan importante, sino que el efecto se consigue mediante determinadas moléculas capaces de fijarse y proteger las superficies de fricción.

Se mejora añadiendo aditivos al lubricante.

CLASIFICACION DE LOS LUBRICANTES ATENDIENDO A SU VISCOSIDAD. NORMA S.A.E.

UNIGRADOS. los cuales son: SAE 40 y SAE 50.MULTIGRADOS. Los cuales son: SAE 20W- 40, SAE 20W-50 y SAE 15W-40. De este par de aceites los multigrados brindan mayores beneficios,tales como:

Facilitan el arranque en frió del motor protegiéndolo contra el desgaste.

Los números 20, 30, 40, 50 y 60 clasifican alos lubricantes de cárter según su viscosidad a 100°C.

El primer número seguido por "W" (Winter) representa La viscosidad a baja temperatura, 5W, 10W, 15W... CUANTO más pequeño es el número, más fluido se mantiene el lubricante a baja temperatura y facilita el arranque

El segundo número representa la viscosidad a alta temperatura, 20, 30, 40, 50. Cuanto más alto es este número, más viscoso se mantiene el aceite a alta temperatura

FLUIDEZ EN FRÍO

0W5W

10W15W20W25W

VISCOSIDAD EN CALIENTE

SAE 60SAE 50SAE 40SAE 30SAE 20

CLASIFICACIO N D E L O S L UBRICANTE S A TENDIEND O A SU VISCOSIDAD. NORMA S.A.E.

Viscosidad del aceite a temperaturas operacionales (100° C) requeridas por el diseño del motor

Viscosidades SAE para escoger

5.6 cSt – 9.6 cSt 0W-20, 5W-20, 20

9.3 cSt – 12.5 cSt 0W-30, 5W-30, 10W-30, 30

12.5 cSt – 16.3 cSt 0W-40, 5W-40, 10W-40,15W-40, 40

16.3 cSt – 21.9 cSt 0W-50, 5W-50, 10W-50,15W-50, 20W-50, 25W-50,50

En este gráfico podemos ver que un aceite típico:• SAE 10W-30 está en el rango de diseño entre 92° C y 107° C• SAE 30 está en el rango de diseño entre 94° C y 106° C• SAE 15W-40 está en el rango de diseño entre 108° C y 121° C• SAE 20W-50 está en el rango de diseño entre 118° C y 130° C.

Nota que esto indica que un motor con aceite 20W-50, en un motor diseñado para 10W-30, está fuera de su rango ideal de protección

desde el momento de arranque hasta que los cojinetes alcanzan 118° C.

EFECTOS DE LOS FALLOS SOBRE LA VISCOSIDAD

Algunos fallos típicos son:

Combustión defectuosaFiltro de aire de admisión obstruidoTurbocompresor defectuosoDesgaste excesivo en los conjuntos camisa-segmentosFallos en sistema de refrigeración que producen fugas de aguaFiltro de aceite sucio ó obstruido.

- Si la viscosidad permanece constante no significa siempre que las propiedades del aceite no se han alterado, ya que pueden coexistir fallos que tienden a disminuir la viscosidad junto con otros que tienen a aumentarla, compensándose ambos efectos

EFECTOS DE LOS FALLOS SOBRE LA ACIDEZ/BASICIDAD DEL ACEITE

Algunos fallos típicos son:

Los fallos que producen un aumento de la acidez del aceite producen simultáneamente una reducción en la basicidad propia del aceite. El aumento de la acidez está asociado a su oxidación y a la contaminación por los ácidos provenientes de la combustión (motores térmicos). Los más importantes son:

Bomba de inyección o inyectores defectuosos. Turbocompresor defectuoso.Filtro de aire obstruido.Contaminación del aceite con azufre del combustible y otros ácidos.Sobrecalentamientos por fallo de la refrigeración. Filtro obstruido ó ineficiente.

EFECTOS DE LOS FALLOS SOBRE EL PUNTO DE INFLAMACIÓN DEL ACEITE

Algunos fallos típicos son:El punto de inflamación de un aceite en servicio, puede aumentar ó disminuir, como ocurre con la viscosidad.El aumento del punto de inflamación del aceite usado es debido al tiempo de utilización, debido a la vaporización de las partes volátiles.La reducción del punto de inflamación del aceite usado es debido a la presencia de combustible.

EFECTOS DE LOS FALLOS SOBRE LOS INSOLUBLES

Varios de los productos de la degradación de los aceites son sólidos insolubles en el aceite base, formando lacas, barnices y lodos. El resto queda disuelto en el aceite aumentando su viscosidad.

Su conocimiento es interesante para el diagnóstico ya que están relacionados directamente con la degradación del aceite, la eficacia de los filtros, el desgaste y en el caso de aceites detergentes con la saturación de su capacidad dispersanteAlgunos fallos típicos son:

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

CONTAMINACIÓN DEL ACEITE

La presencia de materias extrañas en el aceite, sean de origen interno o externo,provocan la contaminación del aceite y degradación de sus propiedades.Las más frecuentes fuentes de contaminación son:

• presencia de agua• presencia de materia carbonosa• presencia de polvo atmosférico• presencia de metales de desgaste interno

CONTAMINACIÓN DEL ACEITE - AGUA

La contaminación con agua procede, en un motor, de la condensación en el interior por bajas temperaturas o aumento de la presión en el cárter. También las puede producir las posibles fugas del sistema de refrigeración. El efecto del agua sobre el aceite es su degración y corrosión de los metales.

Se considera que un aceite tiene una contaminación de aguainadmisible y, por tanto, debe ser sustituido cuando se alcanza más deun 0,5%.

CONTAMINACIÓN DEL ACEITE – MATERIA CARBONOSA

En un aceite de motor la presencia de materia carbonosa es el resultado del paso de los productos de la combustión al aceite. Estos productos además de producir espesamiento del aceite cambiando su viscosidad, producen depósitos en las superficies internas del motor.

Efecto de los fallos sobre la contaminación con materias carbonosas en el aceite. Los fallos que producen un aumento anormal de materias carbonosas en el aceite de un motor son:

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

que están asociados a una combustión anormal.

Además hay otros tipos de fallos que favoreceneste tipo de contaminación, como son:

• Desgaste excesivo del conjunto segmentos-camisas.• Degradación del aceite.• Filtro de aceite obstruido o ineficiente.

CONTAMINACIÓN DEL ACEITE – PRESENCIA DE METALES

METAL FUENTE

1. Hierro (Fe) Es el más común de los metales de desgaste. Paredes de cilindros, guías de válvulas, segmentos de cilindros, rodamientos de bola, levas, balancines, engranajes, cadenas, muñequillas de cigüeñal

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

3. Cobre (Cu) Presente en forma de aleación, bien bronce bien latón. Arandelas y cojinetes.

4. Magnesio (Mg) Aditivo detergente del lubricante

5. Sodio (Na) Agua en equipos marinos.

6. Níquel (Ni) Metal de válvulas de alta resistencia y álabes de turbinas.

7. Plomo (Pb) Cojinetes. Contaminación en motores que Utilicen gasolinas con plomo.

8. Silicio (Si) Se encuentra en la mayoría de muestras de aceite debido a polvo en el aire, juntas, y en algunos aceites aparece como agente antiespumante.

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

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