El análisis de aceite es una de las herramientas más poderosas para conocer el estado de una máquina, pero solo aporta valor cuando se realizan los ensayos adecuados y los resultados se interpretan y utilizan a tiempo. Con la gran cantidad de análisis disponibles, es fácil caer en dos extremos: solicitar más ensayos de los necesarios o, por el contrario, pasar por alto información crítica que podría revelar problemas en desarrollo.

Los cuatro ensayos de análisis de aceite que se describen en este artículo constituyen una base práctica para prácticamente cualquier muestra. En conjunto, permiten obtener información sobre el desgaste, la contaminación y el estado del lubricante, ayudando a los equipos de mantenimiento a detectar anomalías de forma temprana y tomar decisiones fundamentadas antes de que ocurran fallas.

Cuando estos ensayos pueden realizarse con rapidez y sus resultados interpretarse dentro del contexto operativo del equipo, ya sea mediante análisis rutinarios en laboratorio o con equipos de diagnóstico rápido en campo, el valor del análisis de aceite aumenta significativamente, ya que transforma los resultados en información oportuna sobre la condición de la maquinaria.

Espectroscopía de elementos

La espectroscopía de elementos es el ensayo utilizado para detectar el desgaste de los componentes de una máquina. Existen aproximadamente 30 técnicas diferentes de espectroscopía; sin embargo, las más utilizadas en el análisis de aceite son la espectroscopía por plasma acoplado inductivamente (ICP, Inductively Coupled Plasma), ampliamente empleada en laboratorios de alto volumen, y la espectroscopía de disco rotatorio (RDE, Rotating Disk Electrode), comúnmente utilizada en laboratorios de campo.

La espectroscopía de elementos consiste en una técnica mediante la cual una muestra de aceite es excitada para que emita luz. Posteriormente, se mide la intensidad de esa luz en las regiones visible y ultravioleta del espectro electromagnético. El método utilizado para generar esa emisión luminosa es la principal diferencia entre la espectroscopía ICP y la RDE, aunque existen otros factores que determinan cuál de ellas resulta más conveniente según la aplicación y los objetivos del análisis.

Cada elemento químico emite luz en longitudes de onda o frecuencias específicas, es decir, con un “color” característico. La intensidad de la luz emitida es directamente proporcional a la concentración de ese elemento presente en la muestra.

En los informes de análisis, los elementos detectados suelen clasificarse en tres grandes categorías:

• Metales de desgaste, como el hierro proveniente de engranajes o componentes mecánicos.
• Contaminantes, como el litio, cuya presencia puede indicar contaminación con grasa lubricante.
• Aditivos del aceite, como el fósforo, presente en muchos aditivos de extrema presión (EP) y antidesgaste.

Los elementos más comúnmente analizados mediante espectroscopía se muestran en la Tabla 1.

La Tabla 1 enumera los elementos más frecuentes y sus fuentes probables.

Espectroscopia ICP

La espectroscopía ICP (Inductively Coupled Plasma) es una técnica de emisión atómica (AE) en la que la muestra de aceite, previamente diluida, se introduce en un plasma de gas argón.

El plasma se mantiene a una temperatura aproximada de 8.000 °C. En la región superior del plasma, la energía absorbida por los átomos se libera mediante transiciones electrónicas, generando emisiones de luz características para cada elemento químico presente en la muestra.

Algunos elementos pueden pertenecer a más de una categoría. Por ejemplo, el silicio puede provenir de:

• Desgaste, como partículas del material de la corona de un pistón.
• Aditivos del lubricante, por ejemplo, agentes antiespumantes.
• Contaminantes, como polvo o suciedad ingresada al sistema.

Por esta razón, sólo analizando el conjunto completo de resultados es posible determinar con mayor precisión el origen de un elemento específico.

En determinados casos, los laboratorios establecen límites de referencia para los contaminantes. En el caso de la suciedad, suelen utilizarse los valores indicados en la Tabla 2.

Es importante tener en cuenta que el silicio no solo está presente en el polvo o la suciedad, sino también en algunas grasas lubricantes, aditivos del aceite y selladores de silicona.

Por ello, es posible encontrar motores o sistemas hidráulicos con concentraciones de silicio superiores a 100 ppm que, aun así, se consideran normales, dependiendo del diseño del equipo, el lubricante utilizado y el contexto operativo.

Conocer dónde pueden encontrarse los distintos elementos es útil, pero resulta aún más importante poder determinar con la mayor precisión posible cuál es su origen.

La Tabla 3 presenta algunos ejemplos de desgaste y contaminación, junto con la forma en que normalmente se manifiestan en los resultados del análisis.

En este punto, es fundamental destacar la importancia de proporcionar información completa al enviar una muestra para análisis, especialmente:

• La lectura del horómetro o medidor de servicio del equipo.
• Los antecedentes de reparación general (overhaul) o reemplazo de componentes.
• El tiempo de servicio del lubricante (horas o kilómetros de uso del aceite).

Esta información le permite al analista interpretar correctamente los resultados y establecer cuáles son las tasas de desgaste esperables para ese equipo en particular.

Por ejemplo, es normal que un componente nuevo presente una tasa de desgaste mayor durante su período inicial de funcionamiento, ya que las superficies metálicas se están asentando entre sí. Del mismo modo, un componente con muchas horas de servicio puede comenzar a mostrar un incremento en el desgaste como consecuencia de la fatiga del material, una condición que también debe interpretarse dentro del contexto de su vida útil.

Las horas de servicio del lubricante influyen de manera decisiva en la interpretación de los resultados. Por ejemplo, un motor que presenta 100 ppm de hierro (Fe) luego de 250 horas de operación probablemente se encuentre en condiciones normales. En cambio, ese mismo valor registrado tras apenas 10 horas de uso podría indicar un problema grave.

Sin esta información, aumenta considerablemente el riesgo de realizar un diagnóstico incorrecto, especialmente en este último caso.

Asimismo, indicar únicamente el tiempo de uso en meses, particularmente en componentes automotrices, aporta poco valor. Un vehículo pudo haber permanecido detenido durante ese período o, por el contrario, haber recorrido largas distancias diariamente. En equipos que no cuentan con horómetro, como muchas cajas reductoras industriales, una estimación razonable del tiempo de servicio en meses o años es preferible a no contar con ningún dato.

Limitaciones

La espectroscopía elemental es, probablemente, el ensayo más importante y útil dentro del análisis de aceite usado, siendo la espectroscopía ICP la técnica más utilizada por los laboratorios. Sin embargo, también presenta ciertas limitaciones.

Una de las más importantes es el tamaño máximo de partícula que puede detectar. La técnica solo es capaz de vaporizar y analizar partículas de aproximadamente 3 a 5 micrones. Las partículas de mayor tamaño no son detectadas.

En la mayoría de las situaciones de desgaste esta limitación no representa un inconveniente, pero existen casos en los que puede resultar crítica. Por ejemplo, cuando un componente falla por fatiga, las partículas de desgaste generadas suelen ser considerablemente más grandes de lo habitual. Este fenómeno se conoce como descascaramiento (spalling).

Como el ICP no detecta estas partículas de mayor tamaño, al analizar la tendencia podría observarse una disminución en la concentración de hierro, cuando en realidad el componente está sufriendo un proceso de deterioro severo.

Por esta razón, la espectroscopía de elementos debe complementarse con otros ensayos para obtener un monitoreo realmente efectivo de la condición del equipo.

Otra limitación es que no siempre resulta adecuada para evaluar el agotamiento de los aditivos del lubricante.

Un ejemplo típico es el aditivo detergente presente en los aceites para motores, cuyo contenido suele asociarse al calcio. Si se compara el nivel de calcio entre un aceite nuevo y uno usado, ambos pueden mostrar concentraciones muy similares, aun cuando la capacidad detergente del lubricante ya se haya reducido significativamente.

Esto ocurre porque la cantidad total de calcio presente en el aceite no cambia. Lo que cambia es la forma química en la que se encuentra. En el aceite nuevo, el calcio forma parte de un compuesto con propiedades detergentes. Luego de cumplir su función, el calcio continúa presente, pero en una forma química inactiva.

En algunos casos, los residuos de estos aditivos agotados precipitan y se depositan en el fondo del sistema, situación en la que la espectroscopía ICP sí puede evidenciar una disminución en la concentración del elemento. Sin embargo, para interpretar correctamente estas tendencias es indispensable contar con criterio técnico y experiencia.

Existen algunas excepciones a esta limitación. Una de las más conocidas corresponde a los lubricantes que contienen aditivos de extrema presión (EP) a base de borato y que han sido contaminados con agua.

En estas condiciones, el compuesto que contiene boro precipita y forma un lodo en el fondo del cárter o depósito. Si ese sedimento no queda representado en la muestra analizada, el contenido de boro aparecerá mucho más bajo de lo normal, indicando que el lubricante ya no es apto para continuar en servicio debido al agotamiento del aditivo EP.

Sin embargo, la situación inversa no siempre es válida: que el nivel de boro sea normal no garantiza que el lubricante continúe siendo apto para el servicio.

Espectroscopia por Electrodo de Disco Rotatorio (RDE) como alternativa

La espectroscopia por Electrodo de Disco Rotatorio (RDE, Rotating Disc Electrode) es otra técnica de emisión atómica ampliamente utilizada en el análisis de aceites.

Aunque su objetivo es el mismo que el de la espectroscopía ICP —determinar la concentración de elementos presentes en el lubricante—, difiere tanto en el método de excitación como en su sensibilidad frente al tamaño de las partículas.

En la espectroscopía RDE, una pequeña cantidad de aceite sin diluir se coloca entre un disco de carbono en rotación y un electrodo. Entre ambos se genera un arco eléctrico que excita los elementos presentes en la muestra, provocando que emitan luz con longitudes de onda características.

Al igual que ocurre con la técnica ICP, la intensidad de la luz emitida es directamente proporcional a la concentración de cada elemento presente en el aceite.

Autor del artículo: Ashley Mayer, WearCheck Africa