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Análisis de aceite en motores diesel de locomotoras

Carlos Beltran
Carlos Beltran | Docente de Instalaciones Industriales y Estadística Descriptiva, Universidad Domingo Savio de Bolivia
  1. Introducción

El análisis de aceites es usado como una técnica del mantenimiento basado en condición (CBM), y se ha constituido en un medio de reducción de los costos de mantenimiento y de mejora de la confiabilidad en muchas industrias entre ellas la industria ferroviaria. El análisis, de aceite usado, fue inicialmente utilizado en la industria ferroviaria en Estado Unidos, más específicamente en los primeros motores diesel en locomotoras a inicios de 1940. Algunas mediciones básicas de campo in situ prácticamente se han mantenido invariables en el tiempo; sin embargo, muchas otras actualmente han alcanzado niveles de  sofisticación que las hacen más precisas, rápidas y confiables.

Es importante empezar por los objetivos del mantenimiento basado en condición usando la técnica del análisis de aceites, entre las cuales podemos citar: la detección de fallas potenciales en el motor diesel de la locomotora, la reducción de los tiempos de parada y la reducción de los costos de mantenimiento para  garantizar la mayor disponibilidad y confiabilidad de las locomotoras en el servicio ferroviario.

Es necesario que el programa de análisis de aceite sea llevado a cabo en una secuencia, esta secuencia parte de la correcta toma de muestra de aceite hasta la prueba o pruebas a ser realizadas para que mediante la obtención de resultados  sea posible realizar el diagnóstico del estado del motor. A partir de esta secuencia y con el fin de alcanzar los objetivos planteados, es posible desarrollar un plan de mantenimiento basado en la condición del aceite del motor diesel.

  1. La Toma de Muestra de Aceite

Una muestra representativa y precisa es fundamental para que un análisis de aceite resulte efectivo. Las muestras de aceite usado deben ser tomadas de lugares representativos, usando las herramientas y equipos apropiados, además deben ser manipuladas e identificadas mediante etiquetas con información correcta y completa.

En los motores diesel de locomotoras se procede a extraer la muestra de aceite mediante una bomba de succión manual, que mediante un tubo de polietileno introducido en el cárter a través del orificio donde se mide el nivel. Normalmente el volumen representativo y requerido para el análisis del aceite es de 100 ml. Es importante que la muestra de aceite sea tomada con el motor en funcionamiento o en último caso cuando el motor diesel ha sido recientemente apagado y está aún caliente para poder obtener una muestra representativa y homogénea.

La etiqueta que va en el frasco de muestra debe incluir todos los datos requeridos para realizar la prueba y diagnóstico deber ser llenada por el personal correspondiente. Entre los datos que son requeridos mínimamente se debería incluir: la identificación del motor, tipo de aceite, horas de uso del aceite, horas de funcionamiento del motor, si hubo adición o rellenos de aceite con volúmenes y fechas y fallas o reparaciones en el motor entre muestras si fuese el caso.

III. Las Pruebas de Aceite

Las pruebas de aceite son variadas pero fundamentalmente deben permitir obtener una evaluación precisa del estado del motor de la locomotora. La prueba de aceite debe incluir parámetros que identifiquen la degradación del lubricante, la contaminación del lubricante y el desgaste.

  1. Las degradación del aceite

La degradación del aceite es caracterizada por la viscosidad, el TBN y la detergencia.

La viscosidad es la propiedad más importante del aceite y provee información de la condición física del aceite. La viscosidad de un aceite usado es generalmente medida a 100 °C, y puede disminuir por razones como la dilución por combustible, disminución de los mejoradores del índice de viscosidad; pero, también puede incrementarse por una fuerte contaminación por hollín u oxidación del aceite.

El TBN, (número básico total) evalúa la capacidad del aceite de neutralizar ácidos generados por el proceso de combustión y el  “blow by” que ocurre. El valor del TBN es elevado en aceites para motores diesel de locomotoras por el uso de diesel con altos contenidos de azufre.

La detergencia del aceite permite al aceite permanecer libre de depósitos en las partes calientes y evitar la formación de lodos.

  1. La contaminación del aceite

La contaminación del aceite está relacionada con el malfuncionamiento del sistema motor.

La presencia de agua en el lubricante causa graves daños en el motor, esta agua puede provenir del circuito de fugas en el circuito de refrigeración o por contaminación externa.

El hollín es un contaminante muy dañino en los motores diesel, este es un producto de la combustión incompleta en las partes frías de la cámara de combustión del motor, cuando las ondas de choque, durante la combustión fuerzan los gases a través la holgura en las anillas del pistón (blow by), las partículas producto de la combustión son arrastradas por los gases hacia el aceite del motor. El hollín puede producir  lodos en el cárter y en otros elementos lubricados en el motor diesel, produciendo problemas en la lubricación. El hollín puede adherirse y formar barnices y acelerar la formación de carbón.

La dilución de aceite reduce la viscosidad del lubricante, lo cual puede causar una severa falla en el motor. Las principales causas de la dilución son:  defectos en el sistema de inyección de combustible, obstrucción de filtros de aire que ocasionan un ingreso pobre de aire en la admisión, una combustión incompleta debido a bajas temperaturas, mal regulado de válvulas o una compresión insuficiente.

  1. Desgaste

Las condiciones de desgaste son verificables a partir del contenido de los materiales sólidos presente en el aceite. El desgaste es parte del funcionamiento normal del motor y  es debido a la fricción entre las superficies en contacto en este; sin embargo, la concentración de metales como el aluminio, cobre, cromo, plomo, hierro, níquel, plata, estaño y silicio son utilizadas como medida para detectar un comportamiento anormal en el desgaste de las partes del motor, cuando este comportamiento va más allá de una línea base de elementos contenido en el aceite del motor. La condición de desgaste es expresada usando concentraciones en partes por millón de los metales mediante un espectrómetro de absorción atómica. Las concentraciones de aditivos en el aceite también son medidas por el espectrómetro, obteniendo información adicional útil en él posterior diagnóstico.

En la Tabla I, se muestran las posibles fuentes de la presencia de diferentes metales en el aceite del motor diesel de locomotora.

Tabla I

Fuentes de desgaste en motores diesel:

Metal Posible fuente
Aluminio (Al) Cojinetes, pistones, polvo del ambiente
Bario (Ba) Aditivo detergente, aditivo de refrigerante del motor
Boro (B) Aditivo del lubricante, aditivo del refrigerante del motor, polvo del ambiente
Calcio (Ca) Aditivo detergente
Cromo (Cr) Anillas, camisas, pistones, válvulas y engranes,  cigüeñal, fluido refrigerante del motor (inhibidores de corrosión).
Cobre (Cu) Cojinetes (Cu-Pb, Cu-Sn). Circuito de refrigeración del aceite, circuito de refrigeración del motor diesel.
Hierro (Fe) Anillas, camisas, engranes, cigüeñal.
Plomo (Pb) Cojinetes, aditivo del lubricante.
Magnesio (Mg) Aditivo detergente.
Níquel (Ni) Elementos de transmisión
Fósforo (P) Aditivos del lubricante (anti herrumbre y anti desgaste)
Silicio (Si) Polvo del ambiente, camisas y pistones,  aditivos del lubricante e  inhibidores del fluido refrigerante del motor.
Plata (Ag) Cojinetes
Estaño (Sn) Cojinetes (Pb-Sn, Cu-Sn, Al-Sn), tubos de lubricación,  residuos de soldadura.
Zinc (Zn) Aditivos del aceite (anti herrumbre y anti desgaste).

SOBRE EL AUTOR

Carlos Beltran
Carlos Beltran Docente de Instalaciones Industriales y Estadística Descriptiva, Universidad Domingo Savio de Bolivia

Ingeniero electromecánico cuento con experiencia en la planificación, control y dirección de las actividades y personal para proyectos y mantenimiento en la industria dentro del marco de las políticas de calidad, seguridad industrial e higiene y orientados al mantenimientos preventivos, predictivos y correctivos, con una Maestría en Gestión de Mantenimiento en la Universidad Mayor de San Andrés y Diplomado en Mantenimiento Industrial en la Universidad del Valle, tengo un nivel fluido de inglés comercial y técnico logrado en el Centro Boliviano Americano de La Paz. En el ámbito preventivo con experiencia en la planificación y manejo de equipos de trabajo en reparaciones tipo overhaul en locomotoras en Maestranza Viacha. Líder de equipo de implementación de PLC’s a sistemas de control de locomotoras. A cargo de balanceo dinámico de rotores de generadores y motores en banco con equipos de la línea SCHENCK. En el ámbito predictivo con experiencia en el análisis de vibraciones certificado por empresa VIBROBAL y experiencia en análisis de máquinas rotativas en locomotoras, análisis de fisuras mediante END con tintas penetrantes y partículas magnéticas en estructuras de ruedas de locomotoras y piñones de motores de tracción. Con experiencia en el uso de CMMS y ERP usados en Empresa Ferroviaria Andina S.A. En el ámbito correctivo con experiencia en el desarrollo de repuestos para fabricación nacional e internacional para maquinaria de locomotoras y proyectos modificativos para trasporte de pasajeros en buses carril y ferrobuses, Seleccionado por empresa Doppelmayr y Mi Teleférico como Jefe de Mantenimiento a cargo del personal y actividades de mantenimiento preventivo y correctivo del equipo electromecánico y de infraestructura en el teleférico de La Paz en estaciones, salas de control y torres. Recientemente he publicado un paper referido a desarrollo de metodología para la evaluación de la pérdida de energía por desbalance y desalineamiento en la IEEE.

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