Métodos de análisis de aceite

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Análisis espectrométrico ICP de metales de desgaste

La espectrometría de plasma acoplado inductivamente (ICP) es el método estándar para medir los metales de desgaste disueltos y en partículas menores de 20 µm en los aceites de motor e hidráulicos. ASTM D5185 (Multi-Element Determination of Used and Unused Lubricating Oils and Base Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry) es el método de referencia. Una antorcha de plasma a aproximadamente 10,000 K atomiza y excita los elementos de la muestra de aceite; las líneas de emisión en las longitudes de onda propias de cada elemento se miden a la vez. Elementos informados y su importancia diagnóstica: hierro (Fe): desgaste de camisas de cilindro, árbol de levas y cigüeñal; cromo (Cr): desgaste de anillos de pistón y camisas de cilindro; aluminio (Al): desgaste de la corona del pistón, la carcasa de cojinetes y la caja de engranajes; cobre (Cu): desgaste de la capa superficial de los cojinetes (capas Cu–Pb, Cu–Sn) y de los bujes de bronce; plomo (Pb): falla de la capa superficial de los cojinetes; silicio (Si): ingestión de polvo en suspensión (sílice) O refrigerante anticongelante (aditivo de silicona); sodio (Na): ingreso de refrigerante (anticongelante de silicato de sodio); boro (B): ingreso de refrigerante (anticongelante de borato de sodio). El ICP detecta de forma confiable las partículas menores de 7–10 µm; las partículas de desgaste más grandes (desprendimiento por fatiga, desgaste por virutas) no se disuelven ni se atomizan bien y requieren conteo de partículas o ferrografía analítica para detectarlas.

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Número ácido total y número básico total

El número ácido total (TAN) mide la concentración de todos los componentes ácidos del aceite: productos de oxidación, subproductos ácidos de la combustión y productos de degradación de los aditivos agotados. ASTM D664 (método de titulación potenciométrica) expresa el TAN en mg de KOH por gramo de aceite (mgKOH/g). El TAN del aceite de motor nuevo suele ir de 0.3–1.5 mgKOH/g. Una tendencia creciente del TAN indica una oxidación acelerada o contaminación ácida. Límite de alerta: TAN ≥ 2× el valor del aceite nuevo o ≥ 2.0 mgKOH/g, según la especificación del fabricante. El número básico total (TBN) mide la reserva alcalina del aceite, principalmente los aditivos detergentes y dispersantes que neutralizan los ácidos de la combustión. ASTM D2896 (método de titulación potenciométrica con ácido perclórico). TBN del aceite nuevo para motores diésel: 10–30 mgKOH/g según la aplicación (diésel de minería con 30+ de TBN para combustible de alto azufre; diésel de ruta con 10–14 de TBN con ULSD de bajo azufre). A medida que el TBN se agota en servicio, el TAN sube. El límite de servicio suele ser un TBN ≤ 50% del TBN del aceite nuevo, o un TAN que se acerca al TBN. Una relación TBN:TAN ≥ 1 es el criterio mínimo para mantener una amortiguación alcalina protectora.

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Viscosidad cinemática

La viscosidad cinemática es la propiedad física fundamental que rige el espesor de la película de aceite, la eficiencia de la bomba y la protección de los cojinetes. ASTM D445 (Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids) mide la viscosidad cronometrando el flujo del aceite por un tubo capilar calibrado a 40°C y 100°C. Los resultados se dan en centistokes (cSt = mm²/s). El índice de viscosidad (ASTM D2270) caracteriza la sensibilidad de la viscosidad a la temperatura: los aceites de IV alto mantienen mejor la viscosidad en todo el rango de temperatura. Disminución de la viscosidad en servicio (adelgazamiento por cizallamiento): los mejoradores de IV de los aceites multigrado son polímeros de alto peso molecular que el esfuerzo mecánico corta en cadenas más cortas, lo que reduce la viscosidad de forma permanente. Alerta: viscosidad ≥20% por debajo o ≥30% por encima del valor del aceite nuevo a 40°C. Aumento de la viscosidad: la oxidación aumenta el peso molecular del aceite base y crea precursores de lodo. La dilución por combustible por fugas de los inyectores reduce la viscosidad de forma aguda (se confirma con el ensayo de punto de inflamación ASTM D92: el punto de inflamación del aceite diluido con combustible cae por debajo de 160°C). El ingreso de refrigerante por falla de la junta de culata aumenta el contenido de agua y, tras la emulsión, la viscosidad aparente.

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Espectroscopia FTIR para el estado del aceite

La espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) identifica las especies moleculares del aceite usado comparando sus espectros de absorción con un espectro de referencia del aceite nuevo (sin uso) del mismo grado. Los picos de absorbancia en números de onda característicos indican productos de degradación específicos: productos de oxidación (1,700–1,760 cm⁻¹, estiramiento del carbonilo); productos de nitración (1,620 cm⁻¹, bandas de nitrilo por la oxidación del nitrógeno en los gases de combustión); hollín y partículas de combustión (elevación de la línea base en 2,000 cm⁻¹); agua (3,400 cm⁻¹, estiramiento OH, usado para detectar agua cuando no se dispone de KFT coulométrico); refrigerante de glicol (866 cm⁻¹, firma del etilenglicol). El FTIR se informa en unidades de absorbancia (AU) respecto de la línea base del aceite nuevo. Los límites de alerta varían según el fabricante: oxidación ≥ 25 AU y nitración ≥ 25 AU son valores de disparo comunes en flotas para aceite de motor diésel SAE 15W-40. El FTIR es una técnica de detección rápida y económica: genera un espectro completo en menos de 2 minutos. Los contaminantes específicos identificados por FTIR se confirman con métodos de ensayo dedicados (D664 para los ácidos de oxidación, D6304 para el agua).

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Conteo de partículas en el aceite usado

El conteo de partículas ISO 4406 aplicado al aceite de motor o hidráulico usado detecta temprano un aumento del desgaste interno antes de que lo detecte la espectroscopia ICP (el ICP está limitado a partículas ≤7–10 µm; las partículas de fatiga superficial y desprendimiento suelen medir 25–100 µm). Los contadores automáticos de partículas calibrados según ISO 11171 cuentan partículas de ≥4 µm, ≥6 µm y ≥14 µm. Establecer un código ISO de línea base para cada tipo de máquina (por ejemplo, ISO 17/15/12 para el circuito de lubricación de un motor diésel sano) permite detectar desviaciones: un desplazamiento de dos unidades de código sobre la línea base indica que se duplicó la tasa de generación de partículas. Cuando los conteos de partículas suben y el ICP no muestra un aumento elemental correspondiente, las partículas de origen son mayores de 10 µm y representan eventos de fatiga o desprendimiento. Combinar ICP y conteo de partículas cubre toda la distribución de tamaños y aporta información diagnóstica complementaria: el ICP para el desgaste subsuperficial crónico y el conteo de partículas para los eventos mecánicos agudos.

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Protocolos de muestreo y tendencias

El valor del análisis de aceite se maximiza con protocolos de muestreo constantes que permitan detectar tendencias en varios datos. Requisitos clave del protocolo: muestrear con horas de motor o máquina constantes y desde el mismo punto de muestreo en cada intervalo; usar tubos o jeringas de muestreo prelimpiados con una válvula de muestreo dedicada (no el tapón de drenaje); muestrear a la temperatura de operación con el sistema a carga normal; llenar los frascos de muestra a 3/4 de su capacidad para permitir mezclar sin airear. Intervalos recomendados: aceite de motor en camiones mineros, cada 250 horas; aceite de motor en diésel de ruta, cada 500 horas; aceite hidráulico en equipos de construcción, cada 250–500 horas; aceite de turbina, cada 1,000–2,000 horas. Una sola muestra es una medición; tres o más muestras de la misma máquina son una tendencia. Los límites de alerta de una sola muestra tienen menos sentido que una tendencia en aumento: una lectura de hierro de 80 ppm que antes era de 15 ppm indica que la tasa de desgaste se aceleró 5×, aunque 80 ppm no haya cruzado el límite de alerta absoluto.

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