NECESIDAD DE LA MICROFILTRACION por el Ing. Carlos R. Almada

INTRODUCCION A) CONTAMINACIÓN:

La contaminación de los aceites lubricantes en motores de combustión, sistemas hidráulicos, etc.., es la que limita la “vida útil” de estos y es la que, también, obliga al recambio periódico de los aceites. Este recambio frecuente trae consecuencias económicas: En efectivo; En pérdidas de tiempo; Además de los imponderables daños ecológicos.

El hecho de que este resultado negativo lo tengamos asumido, en mayor o menor grado, no significa que el problema no exista o que carezca de solución. Por el contrario, hoy, con el micro filtrado se minimizan considerablemente aquellos efectos, tan nocivos para los motores, los sistemas hidráulicos y la ecología, como onerosos para el bolsillo de los empresarios.

Para sustentar definitivamente lo antedicho, basta con formularse la siguiente pregunta: ¿..Porqué en Europa garantizan los motores por dos millones de kilómetros y en Argentina, siendo muy generosos, apenas doscientos mil (-diez veces menos-, sin contar a los que no se da garantía alguna)..?

Para entender este problema de la contaminación, remitámonos a sus causas:

Orígenes de la contaminación en los aceites:

Dejemos por el momento de lado los problemas de almacenaje y fraccionamiento (que también se las traen cuando hablamos de aceites contaminados), y concentremos Nuestro análisis en los aceites ya aplicados a su uso.

a) Contaminación por aire: En los motores de combustión, la mezcla a quemar contiene oxígeno tomado del aire propio del entorno del motor. Este aire, con contenidos de humos (sólidos en gas) y nieblas (líquidos en gas), generalmente está contaminado con todo tipo de sustancias provenientes de la polución de ese mismo ambiente.

Ese aire contaminado, luego de pasar por el filtro correspondiente, entra a la cámara de combustión junto con el combustible. Gran parte de la polución carboniza durante la combustión (especialmente las partes orgánicas, con desprendimiento de agua en forma de vapor). Otra parte queda, en forma de partículas, sin cambios en su naturaleza química, como el agua y los metales, aunque parte vaporice durante la combustión.

Dependiendo del estado del cilindro y sus aros, parte de esta contaminación y suciedad (humedad y partículas) podrán pasar hacia el carter, en mayor o menor escala.

b) Contaminación proveniente del combustible:

El combustible (gasoil especialmente) viene, desde la destilería, saturado de partículas sólidas y humedad, a tal punto que, en Nuestro país, muchas terminales automotrices ya no garantizan los motores diesel de sus 0Km debido al carácter destructivo de la contaminación en el combustible.

Si el motor ya está desgastado y presenta una mala combustión, parte del combustible sin quemar puede llegar hasta el carter y diluir el aceite, degradando su viscosidad. De esta manera, si el aceite se licua, los recambios de aceite deberán ser más frecuentes.

c) Contaminación intrínseca (originada adentro del mismo motor):

Comienza con el desprendimiento de partículas metálicas, provenientes de las mismas partes que friccionan entre Sí, adentro del motor (fenómeno de abrasión); Y a partículas desprendidas del mismo motor, por efecto de la corrosión.

La abrasión es un efecto físico “irreversible”, en el sentido de Nuestra aplicación, igual al que produce el papel de lija. Las partículas sólidas de la mezcla con el aceite se interponen entre las superficies en fricción provocando su desbaste (desgaste de las partes con desprendimiento de nuevas partículas sólidas) incrementando su concentración en la mezcla y, en consecuencia, acelerando el proceso abrasivo y de desbaste.

La corrosión, en Nuestro caso, es producida por fenómenos químicos (como tal, también irreversibles). Por ejemplo la oxidación, por la presencia de oxígeno; O por la formación de ácidos, debida a la presencia de azufre y agua en condiciones Físico-Químicas que favorecen su combinación.

Resumiendo a), b) y c), los contaminantes observados en los aceites lubricantes se reducen a:

- Sólidos: Que se incorporan a la mezcla provenientes de cualquiera de las tres formas ya vistas en los párrafos anteriores, pero con el atenuante de que la mezcla, es un fenómeno físico reversible (No la abrasión).

- Humedad: Que participa en los procesos de oxidación y de formación de ácidos, es un fenómeno químico irreversible.

- Azufre y otros posibles no metales: Que participan en la formación de ácidos; Y cristales de los mismos elementos (cuando la humedad presente no es suficiente para acidificarlos) o cristales de las sales metálicas ya formadas.

Graficando y sintetizando lo anterior tenemos:

Aire

Gasoil

Filtro

Filtro

Cámara decombust.

Motor

Aire contaminado con humedad ypartículas sólidas

Gasoil contaminado con humedad y partículas sólidas

Humedad, Gasoil, Azufre, Oxígeno, ácidos, óxidos, partículas sólidas

Gasoil un poco menos contaminado

Aire un poco menos contaminado

Generación de partículas por abrasión y corrosión

Procesos de y

dilusiónabrasión corrosión

CONTAMINACIÓN INTRÍNSECA

a)

b)

c)

De lo antedicho concluimos en que:

Salvo por la capacidad diluyente del gasoil sin quemar, los únicos efectos que quedan a considerar en la contaminación de los aceites (como causa del deterioro de los motores) son la abrasión y la corrosión.

Si logramos una buena combustión (con una buena chispa y una mejor atomización del combustible al entrar a la cámara) y, el cilindro y los aros se encuentran en buenas condiciones, el combustible no tiene porqué pasar al carter. Se supone, en este caso, que estamos en presencia de (o muy cercanos a) la “combustión total”. Por ello, al no quedar combustible que pueda filtrar hacia el carter, la dilusión deja de ser un problema relevante, por lo que solo quedará enunciado.

Independientemente de su origen, adentro del motor quedan entonces solo dos tipos de procesos destructivos del mismo; Físico y Químico; La abrasión debida a la presencia de partículas sólidas y la corrosión debida a las formaciones y procesos químicos.

Del gráfico anterior podemos deducir que la vida útil de Nuestro motor depende de la cantidad, calidad y velocidad de ingreso de los agentes contaminantes y que, si el ingreso de estos agentes es muy superior a la velocidad de filtrado, la vida útil de Nuestro motor estará comprometida y condenado este, a una indefectible muerte prematura.

B) PREVENCIÓN: (suponiendo el buen estado del motor y su combustión)

Con un buen filtrado del aire y del combustible, antes de su ingreso a la cámara de combustión; Con una buena trampa de agua en el combustible y una buena absorción de la humedad en el filtro de aire; Tendríamos solucionado, en gran medida, el efecto de la corrosión y parte de la contaminación, causante del efecto abrasivo adentro del carter. Solo nos resta un buen filtrado del aceite contenido en el carter del motor para tener la certeza de haberle generado a este un ambiente de trabajo que le prolongará la vida útil en varias veces más, respecto de lo que le auguraban las precarias condiciones anteriores.

En todos los casos, con un buen filtrado del combustible, aire y con una buena limpieza del aceite del carter (un filtrado eficiente); Es decir, quitando las partículas de tamaño crítico (mayores a 5 micrones) que son las que más daño provocan durante la abrasión, y la humedad, estaremos logrando Nuestro objetivo de reducir la contaminación con acciones preventivas y prolongando en consecuencia, la vida útil de Nuestro motor.

C) CORRECCIÓN DE LOS EFECTOS:

ABRASIÓN: Al efecto abrasivo, por el rozamiento entre las partículas libres con los metales en fricción, se lo puede minimizar con un eficiente micro filtrado.

El micro filtrado ataca el problema de la abrasión impidiendo el paso de las partículas más destructivas para las partes en rozamiento adentro del motor. Y estas son las que, por su granulometría, son comparables con la luz de separación existente entre las superficies en fricción.

En los motores convencionales, esta luz ronda los 5 micrones de separación, por lo que, si filtramos las partículas sólidas que ronden este tamaño y superiores, lograremos reducir a su mínima expresión las causas de deterioro y desgaste más importantes que presentan los motores.

CORROSIÓN: Esta, por lo ya visto, me da dos opciones; O la prevengo, no dejando que se formen los agentes agresivos; O la neutralizo después de formados esos agentes.

La oxidación es un problema menor, dentro de los demás problemas porque el propio aceite la oficia de protector de las superficies contra la formación de óxidos, por lo que, este agente de la corrosión y su efecto corrosivo, no son considerados en el presente análisis.

El efecto de la corrosión, producido por la presencia de ácidos, se lo puede minimizar anulando alguno de los componentes que participan en la composición del ácido, antes de su formación. Por ejemplo, quitando la humedad del medio, se evita la formación de ácidos; O, agregando aditivos al aceite, que le adicionen base suficiente, se neutralizan los ácidos ya formados.

Los fabricantes de los motores suelen recomendar un valor de TBN (Total Base Number) preventivo, que garantiza por un período determinado de tiempo la neutralización de los ácidos presentes, en la medida en que estos se van formando.

En realidad, si logramos evitar la formación de los ácidos eliminando alguno de sus componentes, no hace falta el agregado de aditivos ni mantener orden de TBN alguno. También, si minimizamos la contaminación con buenos filtros de aire y combustible y mantenemos limpio, con un buen filtro, el aceite presente en el reservorio del motor, prácticamente se podría decir que la frecuencia de recambio de este se reduciría en “muchas veces” y la vida útil del motor se prolongaría por mucho más tiempo. Esto último es lo que se busca con la microfiltración.

Ya vimos la contaminación, sus efectos, y enunciamos las formas de prevenirlos. Veamos ahora las características que deben tener los filtros para neutralizar aquellos problemas; Y, por último, veremos cómo se mide la calidad de un aceite (en los aspectos a los que este estudio se refiere) para poder controlar la veracidad de los resultados propuestos.

D) FILTROS: Como bien se mencionó anteriormente, el filtro ataca el problema de la abrasión con excelentes resultados. Hoy se logran filtros que detienen el paso a partículas de tamaños menores a los 5 micrones.

Una de las formas de medir la eficiencia de un filtro respecto de un determinado tamaño de partículas, es mediante la determinación de su factor Beta. Este se obtiene realizando la siguiente prueba de laboratorio:

a) Se toma un aceite con contaminación de partículas de tamaño y concentración conocidos; Por ejemplo, 100.000 partículas de 4 μ [micrones] por ml.

b) Se lo hace pasar por el filtro en estudio, una vez, y

c) Se analiza la nueva concentración de aquel tamaño de partículas.

d) El factor β resulta ser el cociente entre la concentración original del aceite de prueba y el nuevo valor de concentración, después de pasado una vez por el filtro, es decir:

Concentrac. Inicial 100.000 / ml 100.000 β = = =

Concentrac. Final X / ml X

Este coeficiente suele también expresarse de forma porcentual Por ejemplo:

Supongamos un filtro A, cuya concentración final (X), haya resultado ser igual a 10 en las condiciones de la prueba expuesta. Esto significa que, de una concentración igual a 100.000 partículas (superiores a 4 μ)/ml, pasamos a tener una mezcla de concentración igual a 10 partículas/ml. Supongamos ahora tener otro filtro, B, cuya concentración final (X) haya resultado ser igual a 333 partículas/ml, en las mismas condiciones de la prueba expuesta; es decir: A, resulta tener un β = 10.000; Y B, un, β = 300.

En relación de betas, la eficiencia de filtrado entre A y B, sería de 10.000 a 300; es decir, 33,3 veces más eficiente A respecto de B.

Si establecemos la misma relación pero observando la eficiencia en forma porcentual, el filtro A nos da una eficiencia del 99,9900%, contra un 99,667% del filtro B.

Viéndolo de esta forma, la diferencia de eficiencias se diluye, haciéndose notar solo en los primeros decimales.

Este porcentaje está referido a la cantidad de partículas que filtra respecto de la totalidad existente previo al filtrado; Es decir:

β [%] = {(100.000 – X) / 1.000}

Es de destacar que estos filtros, también tienen la propiedad de absorber agua, por lo que, si bien su tarea no es específicamente esta, ni son la mejor solución para absorber la humedad, además de filtrar las partículas, que es la función en la que se destacan, presentan esta cualidad que previene, notablemente, la formación de ácidos en los aceites.

Una forma abarcativa de medir la eficiencia de un filtro, es mediante el “Beta multipass test”. Este es un test basado en la medición del Beta del filtro para múltiples medidas de partículas y en distintos momentos de su actividad como tal.

E) ACEITES:

Los aceites nuevos, aún adentro de su envase original, poseen un grado de contaminación que es importante conocer de antemano, porque este debe ser coherente con la aplicación.

La medición de esta concentración se realiza mediante conteos espectrográficos, de acuerdo con el tamaño de las partículas de interés.

Para esto, se ha normalizado la siguiente tabla con rangos aceptados como estándar, que permite clasificar a los aceites según las concentraciones de partículas que posee:

En la tabla de la derecha, la clasificación va de uno en uno, de 24 a 1, como se puede ver en la columna derecha, señalada con la flecha azul.

Cada uno de estos valores representa un rango de concentración; Por ejemplo: Si se habla de una clasificación 20, se está hablando de una concentración de entre 5.000 y 10.000 partículas (mayores al tamaño en consideración) por cada mililitro de aceite.

Normalmente, esta medida de concentración de partículas viene dada por mililitro y de acuerdo con la norma ISO 4406:99, para partículas de tamaños superiores a los 4μ, 6 μ y 14 μ elegidos como estándar.

Se suele especificar, por ejemplo: Aceite ISO 18/16/13.

El 18 significa que estamos en presencia de un aceite que contiene entre 1.300 y 2.500 partículas, de tamaño superior a los 4μ, por mililitro.

El 16 significa que, ese mismo aceite contiene entre 320 y 640 partículas, de tamaño superior a los 6μ.

Y el 13 nos está indicando que ese mismo aceite contiene entre 40 y 80 partículas de tamaño superior a los 14μ.

Muchas veces la especificación del aceite viene dada solo para dos tamaños de partículas: 6μ y 14μ. En ese caso y para Nuestro aceite ejemplo, lo veremos escrito como ISO */16/13.

Es frecuente que, luego del microfiltrado, un aceite, cualquiera sea, (los nuevos también) mejore su clasificación ISO 4406:99.

Para cuantificar esto y poder apreciar las bondades del sistema de filtrado elegido; Al renovar el aceite del motor que queremos ensayar, podemos programar un “Plan Piloto” de pruebas (ver ejemplo al final). Este consiste en realizar exámenes periódicos del aceite en uso, para los distintos tamaños de

partículas de interés. Los exámenes recomendados en cada toma son: de viscosidad, Concentración de agua en el aceite, TBN, e ISO 4406:99. La primera es para verificar que se mantiene la calidad lubricante del aceite. La segunda nos cuantifica, de alguna manera, la capacidad para formar ácidos. El TBN nos habla de las defensas existentes contra los anteriores y, por último, el ISO nos habla de las concentraciones y tamaños de las partículas contenidas.

La siguiente tabla, permite visualizar la extensión de la vida útil del elemento lubricado, en función de la mejora en el estándar ISO 4406:99 lograda.

En el recuadro inferior izquierdo de la tabla, se destaca la correspondencia (por la ubicación en los

cuadrantes) entre el tipo de mecanismo lubricado y la extensión de su vida útil (en veces), según la nueva clasificación ISO obtenida; Por ejemplo: Teníamos un aceite para un motor Diesel con ISO 17/18/15; es decir */18/15 y luego de 300 horas de uso en el sistema bajo ensayo quedó con una ISO 16/16/13; Es decir, para Nuestra tabla, será ISO */16/13.

Buscamos, en la columna izquierda de Nuestra tabla, el valor 18/15 y, la fila a la que este valor representa la cruzamos con la columna representada por el valor 16/13 de la fila superior. De los cuatro valores encontrados en la ventana, tomamos el que corresponde a Motores Diesel y esa es la cantidad de veces que hemos logrado prolongar la vida útil de Nuestro motor.

F) LIMITAR LA CONTAMINACIÓN:

Si limitamos la contaminación a niveles óptimos, aliviamos considerablemente el trabajo de Nuestros filtros, (por lo que estos durarán mucho más); Alargamos la integridad de Nuestro aceite (por lo

que los recambios serán menos frecuentes) y, en consecuencia, prolongamos también la vida útil del motor.

En realidad, si se logra impedir la formación de los ácidos en su totalidad, no hace falta el agregado de aditivos ni mantener un TBN determinado, cualquiera sea su número. También, si minimizamos la contaminación con buenos filtros de aire y combustible y limpiamos, con un buen filtro de aceite, el aceite presente en el cárter del motor, no hace falta el recambio del aceite con tanta frecuencia.

Entonces, para limitar la contaminación, lo primero que debemos hacer es identificar de donde proviene y cuantificarla para luego tomar las medidas correctivas apropiadas.

Minimizada la contaminación desde su origen, elegimos el filtro adecuado para la limpieza y mantenimiento, libre de partículas, del aceite en uso.

G) HIDRAULICA

En los aceites hidráulicos pasa algo parecido a lo que ocurre en los aceites lubricantes para los motores a explosión ya vistos, con la salvedad de que, los mecanismos hidráulicos no presentan los orígenes contaminantes debidos al aire, al combustible y a la propia combustión.

Tomemos para este análisis el peor caso de un sistema hidráulico. Este se presenta cuando, como componentes del mismo sistema, tenemos conductos de tipo capilar.

En estos casos, el problema más grave aparece cuando se tapa alguno de estos conductos y toda la energía, en forma de presión, que debiera transmitirse a su través, no lo puede hacer por esta obstrucción. Al no poder siquiera disiparse, como lo haría un motor eléctrico elevando su temperatura antes de quemarse; Sin dar tiempo a reacción alguna, algo se rompe: Una manguera, un retén, una junta, si no alguna pieza de esas que hay que mandar traer especialmente.

Esto y las complicaciones que acarrea, nos indican a las claras que, mantener el aceite del sistema limpio, más que una buena costumbre es una necesidad, convertida a obligación.

En el caso de la hidráulica, el conjunto de conductos y los reservorios, generalmente se encuentran aislados del medioambiente por ser su única fuente de contaminación posible y, como tal, esta es mucho menor que lo visto para los motores a explosión.

Dadas las cosas de esta manera, lo único que nos queda por lograr es mantener al aceite limpio mediante un óptimo filtrado preventivo.

Debido a las presiones que se manejan adentro del circuito hidráulico y, para no cargar al sistema (porque puede perjudicar su funcionamiento o, por lo menos, el rendimiento en la producción), se recomienda montar un sistema de filtrado Off Line, con generación de presión propia (bomba hidráulica) para impulsar el movimiento del aceite. Este sistema debe quedar instalado y actuando directamente en el reservorio del líquido; Es decir sobre la parte “estanca” del fluido, debidamente aislado del ambiente.

Para el cálculo de la potencia necesaria en la bomba, se debe tener en cuenta el rango de temperaturas de trabajo del fluido y considerar siempre la peor condición (la temperatura más baja) que es la de mayor viscosidad.

Con este dato (la temperatura), ingresamos a la curva dada por el fabricante del aceite (viscosidad Vs Temperatura) y tomamos el valor de la viscosidad a esa temperatura.

Con este valor ingresamos a la tabla Excel, construida a propósito para este cálculo, y elegimos la bomba y el filtro de acuerdo con: El tiempo en que queremos que, el contenido del reservorio, haya sido reciclado a través del filtro; Al intervalo de tiempo que consideramos que deba estar encendida la bomba (las 24 hs o las horas que dispongamos como prudentes o necesarias). El tamaño y cantidad de filtros, en paralelo o serie, se elegirá de acuerdo con la frecuencia de recambio de los cartuchos que creamos más eficiente y económica. (ver apunte específico del tema)