Había dos objetivos clave a este estudio abreviado.
- Medir el estado actual de la limpieza del aceite entregado (sólidos y humedad) para cinco tipos de productos.
- Utilizar los resultados para establecer un umbral de aprobado/desaprobado para vendedores de lubricantes interesados en suministrar lubricantes a distintos sitios de la compañía.
Las muestras fueron reunidas para cuatro tipos diferentes de producto (aceite de motor diesel - DEO; aceite para motor de gasolina – GEO; aceite de transmisión – A; aceite hidráulico - HO) de 135 contenedores lubricantes distintos, incluyendo 61 muestras de tanques a granel, 11 contenedores tamaño mediano (contenedores de medio-bulto), 34 de tambores, y 29 de cubos. Un protocolo de la recolección de muestras fue establecido y las materiales de las muestra fueron proporcionadas por el laboratorio de análisis de aceite. La calidad del proceso de recolección de muestra fue susceptible a variabilidad ya que múltiples individuos participaron en la recolección de muestras. Es posible, pero improbable, que los datos sean inválidos debido a una recolección pobre de las muestras.
El conteo de partícula fue realizado con un mostrador automático de partícula tipo láser , y los datos proporcionados en formato de los estándares aceptados por la Organización Internacional de Estándares (ISO) el rango de valores del conteo de partícula (PC) para concentraciones es igual o mayor que cuatro micras, 6 micras y 14 micras respectivamente. Los valores del rango de ISO son proporcionados como promedio, Máximo, Mínimo, y Desviación Típica para cada tipo producto.
El análisis de la humedad es realizado utilizando el método de Karl Fisher, y es proporcionado en un valor de una parte por millón. El promedio, el máximo, el mínimo, y las desviaciones típicas son previstos para concentraciones de humedad para cada de tipo producto.
Los resultados de la inspección son representados en este caso de estudio. La correlación entre tamaño de contenedor y tipo lubricante fue baja, pero no será cubierto en este artículo. Es la creencia del autor que los resultados demostrados representan lo mejor, para bien o para mal, de cómo los lubricantes son manejados y son entregados a los usuarios comerciales e industriales.
El Riesgo del Aceite Sucio
Hay una creciente conciencia del impacto negativo significativo que los contaminantes sólidos pueden tener en las superficies lubricadas de un componente. Múltiples estudios han sido realizados por fabricantes de componentes y organizaciones industriales de investigación que muestran la relación entre ciclos vitales lubricantes de limpieza y componentes.
La película lubricante que se forma entre componentes móviles proporciona un nivel extraordinario de protección y resiste a un abuso extraordinario semejante. La película sin embargo no puede compensar la destrucción que ocurre cuándo las partículas pueden entrar en los vacíos microscópicos entre las superficies que interactúan. Si las partículas son más pequeñas que el espacio dinámico (operacional) entonces pueden pasar sin ningún contacto con la superficie de máquina. Si la partícula es lo suficientemente pequeña para entrar, pero demasiado grande para pasar limpiamente, entonces la partícula cierra el vacío, absorbe y transfiere la carga entre las superficies.
Para componentes que giran uno contra el otro (cojinetes, dientes de engranaje), las partículas pueden transmitir la carga dinámica entera dentro y en el área que es mucho más pequeña que el diseño original pensado para el componente. Cuando esto ocurre las cargas de la unidad exceden la fuerza material de los componentes del material, y se forman grietas microscópicas por el estrés debajo de las superficies del componente. Cuándo la concentración de grietas es alta, las grietas se cruzan, abren grietas más grandes y crecen finalmente a un estado que permite que los materiales de la superficie se separen y floten libremente.
Estas piezas microscópicas son superficie de metal que entonces es medido y es reportado en forma de restos de desgaste de la máquina. Esta condición de desgaste es llamada micro-desgaste.
Como una imperfección de superficie se abre en una superficie sumamente cargada, y en las orillas ásperas de la superficie es "trabajada", el micro-hoyo crecerá de la misma manera que un pequeño hoyo en una calzada de concreto crecerá con el paso de los neumáticos repetidas veces sobre las orillas.
El daño de la partícula a las superficies de desliz ocurre en una manera ligeramente diferente. Con la interacción de la superficie de deslizamiento del componente, la partícula de tamaño de espacio libre entra al área de trabajo y es presionada en el lado más suave de las dos superficies (hay casi siempre una superficie dura y una superficie más suave con una interfaz que se desliza). La partícula permanece allí hasta que el contacto repetido eventualmente ya sea que lo saca o rompe la partícula ofendida, o la partícula corta suficiente material de la máquina que un hueco se abre entre la partícula alojada y la superficie contraria eliminando el contacto.
Un último detalle interesante que debe ser comprendido: las partículas que son suficientemente pequeñas para pasar a través, pero no limpiamente por, el área dinámica de trabajo del componente oscila entre uno a cinco micras en tamaño, que es alrededor del tamaño de un glóbulo rojo. Las partículas son muy, muy duras. Las partículas más grandes pueden desmoronarse bajo la carga de la máquina, pero en estos tamaños tan pequeños las partículas son realmente más duras que el metal de la superficie de la máquina. Esto parece improbable, pero es verdad para muchos tipos de partículas comúnmente encontradas. Inclusive los restos del desgaste que es producido son suficiente duros para crear más daño de la superficie en superficies con la misma dureza. El desgaste abrasivo puede llegar a ser un problema en un aumento rápido para superficies sumamente cargadas si las partículas sólidas no son controladas.
El nuevo lubricante es una de las muchas fuentes de contaminantes sólidos de partícula. Las materias primas del lubricante no son pre-limpiadas antes de ser combinadas en un lubricante terminado. Los recipientes utilizados para mezclar las materias primas se llenan de la mezcla de la atmósfera de la planta cada vez que el recipiente es vaciado. Adicionalmente, cada vez que el contenedor de transporte (transporte, camión, tambor, lata de aceite) es vaciado se llena del aire del ambiente inmediato. A menudo el ambiente inmediato es rico en partículas microscópicas. Este estudio revela la naturaleza de la amenaza de contaminante impuesta por nuevos lubricantes.
La Figura uno muestra las concentraciones de partícula de las peores muestras en cada uno de los cuatro grupos probados. La menos atroz de las cuatro (es decir, la muestra más limpia de los cuatro escenarios) pertenece a la muestra hidráulica, con un grado de ISO de 21/19/16. Esto podría ser caracterizado como un nivel de muy mala calidad para la limpieza entregada, aunque no pueda sonar como una cantidad grande. Consideremos lo que la calificación realmente nos dice.
Cada color del gráfico en la Figura 1 representa una concentración de partículas para un tamaño determinado. La barra azul oscuro representa la concentración de todas las partículas mayores a cuatro micras en tamaño. Como lo demuestra la Tabla 1, al valor de 21, esta muestra podría contener hasta dos millones de partículas de más de cuatro micras en una botella de 3.38 onzas. La barra verde claro representa un conjunto de partículas más grande encontradas dentro de la barra azul oscuro. Este valor, en 19, nos dice que la muestra podría contener entre 250 y 500 mil partículas de más de seis micras en la botella de muestra. La barra amarilla representa la concentración de partículas más grandes, aquellas mayores a 14 micras en tamaño. Este último conteo del grupo es incluido en ambos grupos anteriores, así que ahora es contado por tercera vez, pero por primera vez como una categoría separada. Esta categoría de 14 micras tiene un valor de 16, significando que esta muestra contiene entre 32 y 64 mil partículas de más de 14 micras en tamaño en las 3.38 onzas de líquido en la botella.
En términos redondos, esta muestra contiene aproximadamente 10 partes por millón de materia sólida. Eso no suena como un número grande pero lo es.
Uno puede conseguir un sentido de la concentración para cada tamaño de micra para cada tipo de lubricante utilizando el gráfico en la Tabla 1. Por ejemplo la barra azul oscuro (4 partículas de micra) para el DEO, con un valor de 24, representa entre 8 a 16 millones de partículas por cada botella de muestra llena. Esto sería obviamente abrasivo. Trate de estimar usted mismo lo que las concentraciones serían para las partículas de 6 micras (= 21) y 14 partículas (= 18).
Estos números representan la condición de peor-caso para cada clasificación de tamaño para cada categoría de lubricante. Afortunadamente, el mejor escenario de caso es bastante mejor. La Figura 2 muestra los rangos de partícula de mejor-caso para cada tamaño de partícula por categoría de lubricante. Una vez más, el HO (aceite hidráulico) revela la concentración más baja para una categoría de tamaño de partícula, la categoría de 14 micras, en un valor respetable de 11.
Esto significa que para este escenario de muestra, el lubricante en la botella sólo tendría de 1000 a 2000 partículas de más de 14 micras en tamaño. Ya que los componentes hidráulicos son especialmente sensibles a partículas duras, esto son relativamente buenas noticias.
Es interesante notar que la muestra más limpia recolectada para el DEO tuvo un valor (redondeado) de 19 (250 mil a 500 mil partículas por botella de muestra de 3.38 oz.) en un tamaño de partícula de ≥ 4micras. Para un mejor escenario de caso, esto deja mucho espacio para la mejora.
Configurando los Objetivos para limites futuros para los Recipientes de lubricantes
Una razón central para este estudio fue la de tratar de determinar un rango apropiado de objetivo para marcar un lubricante como inaceptable. Para ese propósito, un promedio fue calculado para cada rango de tamaño de partícula para cada tipo de lubricante. El tamaño de la muestra es suficientemente grande que debe representar un promedio creíble y el rango con el cual tratar de asignar los valores de objetivo. La Tabla 2 y la Figura 3 proporcionan los datos tanto en forma numérica como en forma gráfica. La Tabla 2 revela los valores verdaderos del rango por categoría, y la Tabla 3 muestra que la desviación típica para los datos por categoría de lubricante. Con estos dos conjuntos de valores, es posible llegar a un límite "no-excederse" razonablemente tolerante para cada entrega de lubricante, sin importar si es entregado en camión o en un pequeño recipiente.
Por ejemplo, la calificación promedio para la limpieza ISO del aceite hidráulico es 18/16/13. Para un tipo de sistema de baja tecnología (presiones baja a media, temperaturas bajas, bomba de engranaje o veleta, controles sencillos) este es un nivel razonable de limpieza. Sin embargo, para un sistema sofisticado de CNC (presiones altas, bombas variables de émbolo de volumen, valores de control de servomotor, requisitos de trabajo de bajo espacio libre), el propietario sería sabio en poner el objetivo rutinario mucho más bajo del umbral, alrededor de 15/13/11.
Es obvio que la calidad promedio de la limpieza del aceite no será adecuado para la maquinaria con una criticalidad más alta. El Gerente de Confiabilidad quizás utilice el promedio (18/16/13) menos algunas desviaciones típicas para establecer el umbral rutinario aceptable para la limpieza del aceite hidráulico para lubricantes comprados para la aplicación de CNC.
Para el propósito de esta discusión, asuma que la desviación de un estándar es aplicada al promedio actual. El nuevo objetivo de la planta (en números enteros) sería: Obviamente, el rango que pueda flotar a cualquier valor es considerado aceptable. Para un límite, considere el efecto de permitir el promedio del conteo de partículas de todo el Complejo MÁS una desviación estándar. Para los aceites hidráulicos, el (número entero) resultado sería así: En este análisis particular las desviaciones estándares para el aceite de motor diesel fue menos que en los otros grupos de productos. Aunque los aceites de diesel fueran perceptiblemente más sucios, había menos variabilidad en el conjunto de muestras (lo que explica la desviación típica más baja). Entonces, cuando este enfoque es aplicado a aceites para motores diesel los siguientes resultados son producidos:
No había movimiento. Dados los niveles ya altos, este resultado puede ser bueno, pero eso sería una llamada puramente subjetiva. Si la Administración determina que la condición es inaceptable, y escoge poner el objetivo en el promedio menos una desviación estándar, entonces el nuevo objetivo llega a ser 20/18/14.
Este enfoque no sugiere una sola respuesta correcta. Su intención es sólo proporcionar una fácil-de-calcular y fácil-de-explicar, base objetiva para configurar un objetivo de la limpieza, y también es arraigado en, hasta cierto punto, un estado de la realidad práctica.
Un enfoque semejante podría ser aplicado a la sequedad deseada del lubricante. Los datos del muestreo revelan una condición esperada con los aceites de motor de combustión: los aceites tienen concentraciones relativamente altas de humedad a causa de un tipo específico de aditivo (dispersante) que está presente, especialmente en aceites de motor diesel. El aditivo ayuda a prevenir el hollín dentro de la cavidad del motor. El aditivo trata al hollín y al agua de la misma manera – atrapa y retiene el contaminante en suspensión. Consecuentemente, los aceites de motor tienden a tener niveles naturalmente altos de humedad. Esto no es un problema ya que la temperatura operacional de los motores es suficiente alta para desaparecer esta humedad poco después de iniciar la operación.
Las concentraciones máximas, mínimas y promedio de agua del grupo de muestra son demostradas en la Figura 4, y los números actuales son mostrados en las Tablas 2 y 3. El usuario del lubricante podría restar algunas desviaciones estándares del máximo, o podría agregar una o dos desviaciones estándares al mínimo, o podría hacer ambas del promedio de todas las muestras para establecer un umbral. Como es el caso con partículas sólidas, los niveles más bajos serían mejores para el lubricante y la máquina, especialmente para lubricante industriales y maquinas.
Conclusión
Este análisis proporciona una penetración cuantitativa de la visión interna dentro de la medida de cuales lubricantes diferentes son contaminados con contaminantes ambientales comunes durante la fabricación y el manejo. Los datos no sugieren ningún beneficio puede ser visto se compran los lubricantes en un tipo particular de contenedor (tambor, cubeta). Todos los contenedores mostraron niveles relativamente altos de contaminantes sólidos y de humedad. El modelo para seleccionar un umbral de objetivo debe ser pensado cuantitativo, práctico, fácilmente ajustable, y fácilmente explicable. No debe ser pensado para sugerir una mejor práctica, pero está pensado en ofrecer un enfoque objetivo que puede ser utilizado a través de una organización.
Mike Johnson es el fundador de Advanced Machine Reliability Resources Inc., una firma que ofrece el desarrollo de programas de lubricación precisos, consultoría y capacitación. Ha escrito y presentado numerosos artículos técnicos en Simposios y conferencias a través de los EE.UU. sobre cómo utilizar la lubricación de la maquinaria para conducirla a la confiabilidad. Mike está felizmente casado, juega y entrena soccer, y tiene 3 hijos pequeños que consumen su tiempo y atención restante. Puede ser contactado en mjohnson@amrri.com o 615-771-6030.
