La Agona de los Conteos de Partculas en Aceite de Motor a Diesel

Por Jim Fitch, Noria Corporation. Traduccin por Roberto Trujillo

Si un motor ms limpio extiende la vida en servicio del motor, por qu no hay ms laboratorios de anlisis de aceite reportando conteos de partculas? Quienquiera que haya trabajado en un laboratorio de anlisis de aceite conoce los retos de contar y dimensionar las partculas en aceites de motor a diesel repleto de holln. Histricamente, la mayora de los laboratorios han elegido no efectuar conteos de partculas con aceites oscuros. Sin embargo, hay un creciente inters de los usuarios para que se incluyan esos nmeros en los reportes de anlisis de aceite, y algunos laboratorios han comenzado a cumplir empleando varios instrumentos y metodologas.

El mayor inters en el monitoreo de contaminantes de aceites de motor est motivado en parte por los muchos estudios que han reportado los beneficios obtenidos por una mejora en la filtracin de motores en operacin. Uno de tales estudios de la General Motors document que al mejorar el desempeo de un filtro se redujo el desgaste del motor en un 50%. Estadsticas como estas son difciles de ignorar. En el monitoreo de condicin, cualquier propiedad que sea importante para la confiabilidad de la maquinaria debera medirse, asumindose que es viable tcnicamente y econmicamente. Por supuesto, este es el punto de considerable consternacin por parte de los laboratorios de aceite cuando se trata de aceites de motor de combustin interna.

Cmo se pueden efectuar conteos de partculas en fluidos opacos, logrando precisin y siendo costo-eficientes al mismo tiempo? Antes de que examinemos los retos especficos de las metodologas de conteo de partculas, revisemos las diferentes formas para evaluar la presencia de partculas destructivas (adems del holln) en aceites usados de motor. Las enlistamos en la tabla 1.

Mtodo Fortalezas Debilidades Anlisis de Elementos para Silicio Los estndares relacionados son ASTM D5185 y D6595). La concentracin de tierra es estimada con base en la medicin de silicio (asumindose que se trata de slice), un componente destacado de la tierra.

Econmica. No se requieren pruebas adicionales. No hay interferencia de holln o agua. Cuantitativo.

No cuenta ni mide las partculas. No proporciona cdigo ISO. Los espectrmetros de elementos estn limitados a un tamao mximo de deteccin de partculas de 5 a 7 micrones. Muchas partculas slidas no estn compuestas de silicio y son mayores a 7 micrones.

Total Insolubles (gravimtrico o volumtrico) Los estndares relacionados son ASTM D893-97, D4055-97 y D4898-90. Se remueven y miden las partculas y otros insolubles (peso o volumen) por medio de centrfuga y filtracin por membrana. Pueden emplearse coagulantes y solventes para caracterizar/diferenciar el holln disperse de otras partculas.

Puede medir concentraciones de partculas, holln y partculas suaves suspendidas colectivamente a menos de 0.5 micrones. Pueden usarse diferentes tamaos de membranas para calcular dimensiones aproximadas de partculas en un rango de tamao definido, como 5 y 20 micrones.

No cuenta partculas fuera del rango especfico. No proporciona cdigo ISO. No da informacin del tamao, forma, dureza, o composicin (a menos que se inspeccionen los sedimentos subsecuentemente por espectrometra XRF).

Conteo Microscpico de Partculas - Estndar relacionado ISO 4407. El aceite se hace pasar por una membrana para excluir partculas hasta cierto tamao. Posteriormente se miden y cuentan microscpicamente las partculas que quedaron en la

Empleando fluidos aclaradores, por lo general puede evitarse la interferencia del holln. Puede obtenerse el conteo real de partculas slidas arriba de 4 micrones. Los resultados pueden reportarse como un cdigo ISO,

Implica mucho trabajo, es tedioso y costoso. Los resultados reportados pueden variar de un tcnico a otro.

superficie de la membrana.

tpicamente slo dos rangos de nmeros. La forma y color de las partculas pueden caracterizarse visualmente. Partculas inusuales pueden examinarse por su composicin por medio de SEM-EDX y otras tcnicas.

Conteo de Partculas por el Mtodo de Bloqueo de Poro Estndares relacionados BS 3406, pendiente el estndar ISO. Se emplea una malla calibrada para aproximar el conteo de partculas a ciertas dimensiones por los mtodos de incremento de presin o cada de flujo.

Ya que es un mtodo automtico de conteo de partculas, las muestras se pueden procesar relativamente rpido sin necesidad de extraer el aire o humedad de la muestra. Generalmente no es influenciado por el color del aceite, holln o contaminacin con agua. Pueden emplearse estndares de calibracin NIST fciles de conseguir. Mide solamente partculas duras. Puede estimar conteos de partculas y cdigos ISO (dos rangos de nmero). No puede medir y dimensionar partculas en un rango de partculas muy amplio.

No puede dar nmeros de cdigo ISO en los tres rangos. No proporciona informacin de la composicin de la partcula, forma o color.

Mtodo de Conteo de Partculas ptico Automtico Los estndares

Puede contar partculas en un espectro de amplio rango. La

A menos que se emplee un mtodo especial de preparacin de la

relacionados son ISO 11500 e ISO 11171. Varios mtodos similares, pero las partculas son contadas tpicamente por bloqueo de luz por las partculas que pasan enfrente de un haz de luz lser. Se mide la interrupcin del haz por medio de un fotodiodo.

configuracin automtica permite una relativamente alta velocidad de proceso en el laboratorio. Puede proporcionar nmeros de cdigo ISO de tres rangos. Pueden emplearse estndares de calibracin NIST fciles de conseguir. Es un mtodo ampliamente usado y aceptado.

muestra, puede verse afectado por interferencia de agua, holln y algunos aditivos. Aun una pequea cantidad de holln disperse puede saturar el contador de partculas. No brinda informacin de la composicin, forma o color de la partcula. Las partculas semi-slidas suaves se cuentan junto con las partculas duras rgidas.

Tabla 1

Viendo la tabla 1, se aprecia que slo dos mtodos proporcionan un mtodo automtico para determinar los conteos de partculas (bloqueo de poro y bloqueo de luz). No obstante, unos pocos laboratorios permanecen fieles al tedioso mtodo de conteo microscpico, principalmente por el beneficio de contar con la capacidad de caracterizar la forma y composicin de las partculas observadas. Hay unos cuantos laboratorios que operan con ambos contadores en arreglo combinado, ptico y bloqueo de poro. Tpicamente, todos los fluidos base agua y opacos se procesan a travs del instrumento de bloqueo de poro, mientras que todos los dems pasan por el contador ptico automtico.

Para efectos prcticos, ms del 90 por ciento de los laboratorios comerciales emplean slo contadores pticos automticos. Para efectuar conteos de partculas en aceites de motor, estos laboratorios se enfrentan con la opcin de adquirir un contador de bloqueo de poro o preparar la muestra de tal forma que se facilite el uso de un contador ptico de partculas. A continuacin tenemos algunas sugerencias de mtodos de preparacin de muestras que pueden permitir que los contadores pticos se puedan emplear satisfactoriamente con aceites de motor diesel.

Mtodo de Re-suspensin de Partculas: Se necesita pasar el aceite usado de motor, diluido con un solvente ligero, a travs de una malla en forma rectangular, que pueda limpiarse por la parte posterior (cuatro micrones). Un fluido hidrulico sper-limpio de baja viscosidad (por ejemplo, MIL-H-5606B) se pasa en direccin inversa a travs de la malla para re-suspender las partculas (excluyendo partculas de holln) para ser contadas subsecuentemente por el contador ptico de partculas (despus de agitacin, sonificacin y deaireacin).

Mtodo de Dilucin de Aceite: Las muestras de aceite se analizan primero para dispersancia empleando el mtodo de la gota (puede reportarse el valor de dispersancia con los datos del anlisis de aceite mientras hace esto). Si el aceite tiene buena dispersancia, una pequea cantidad de la muestra se diluye 10:1 con aceite de motor SAE 20 seco y sper-limpio. Las partculas de holln se dividirn finamente y tpicamente a menos de medio micrn. La mayora del agua emulsificada (si la hay) tambin se solubilizar en el aceite de motor.

La muestra diluida est ahora lista para procesarla con el contador ptico de partculas. No reporta el nmero de cdigo ISO correspondiente a 4 micrones. Las partculas de holln dispersas y diluidas caen efectivamente dentro del radar del contador ptico. Para aceites que tienen baja dispersancia, ser necesario determinar el conteo de partculas por medio de otro mtodo (como bloqueo de poro o microscpico).

Mtodo Corte por Solvente: Algunos laboratorios han tenido xito introduciendo un coctel de solventes en una porcin de la muestra de aceite, entonces la agitan violentamente para dispersar y separar el holln antes del conteo de partculas. Hay que estar conscientes de que algunos solventes en realidad coagularn el holln lo opuesto de lo que desea conseguir. El objetivo es reducir la concentracin del holln (evitando errores por la coincidencia/saturacin de partculas pequeas) y mantener el holln sin aglomerarse (disperso). Una partcula de holln dispersa en forma individual tiene un tamao inferior a 0.1 micrn y es demasiado pequea para ser contada por el contador de partculas, El holln aglomerado puede alcanzar dimensiones de ms de 5 micrones.

Todas las tecnologas de anlisis de aceite tienen imperfecciones nicas. Entre ellas estn algunos problemas asociados con la calibracin, precisin, repetitividad, interferencias, compatibilidad con fluidos, falsos negativos y otros. Sin embargo, cuando esas tecnologas, incluyendo el mtodo de preparacin de la muestra, son efectuados apropiadamente, pueden obtenerse por lo general resultados valiosos.

Mi opinin es que el contero rutinario de partculas de aceites de motor en servicio se presentar eventualmente a gran escala, especialmente para equipo fuera de carretera. Cada vez ms, les he pedido a propietarios de flotas de equipo que soliciten que se incluya el conteo de partculas en su conjunto de pruebas de anlisis de aceite. Hemos visto excelentes casos de estudio que validan la importancia de esta prctica. Hacer que tanto los laboratorios como los usuarios se sientan cmodos con este valioso indicador es ms que un deseo, es una obligacin.