1. INTRODUCCION

En los procesos de filtración relacionados con aceites industriales ISO 3448 es muy importante tener en cuenta cuál debe ser el código de limpieza ISO 4406-99 final con que debe quedar el aceite y tener claro la relación que hay entre éste y el factor Beta ?x o relación de filtración del filtro de aceite que se debe utilizar, ya que en la práctica se puede presentar el caso de no tener en cuenta el factor Beta ?x o de creer que en una sola pasada del aceite por el filtro, el código ISO 4406-99 final del aceite queda de acuerdo con el valor del el factor Beta ?x. Se presenta de manera recurrente que en la práctica no se conoce el valor del factor Beta ?x del filtro de aceite y se trabaja solo con el micronaje, con lo cual en la mayoría de los casos no es factible lograr el código de limpieza ISO 4406-99 requerido para cada caso en particular.

2. FACTOR BETA O RELACION DE FILTRACION

El factor Beta ?x o relación de filtración de un filtro de aceite se define teóricamente como la relación entre el número de partículas de un determinado tamaño x que hay antes del filtro de aceite y el número de partículas del mismo tamaño x después del filtro de aceite. En la práctica se debe tener claro que el factor Beta ?x no está relacionado como la capacidad que tiene un filtro de profundidad en una sola pasada del aceite a través de él de dejarlo con la cantidad que indique el valor del factor Beta ?x; esto es, si el aceite tiene 1´000.000 de partículas de un tamaño mayor o igual a 4 micras antes del filtro y el factor Beta ?4 es igual a 100 quiere decir que en una sola pasada quedará con 10.000 partículas mayores o iguales a 4 micras; solo esto ocurrirá dentro de un período de tiempo impredecible y bastante complejo de calcular con precisión. Aquí intervienen factores tales el nivel de oxidación que tenga el aceite, tipo de contaminantes, flujo de aceite a través del medio filtrante, área filtrante, material del filtro, temperatura del aceite, estado de limpieza del depósito de aceite y de la tubería, entre otros factores.

Esto ha conllevado a que en la práctica en los procesos de filtración industrial se haga referencia al factor Beta ?_x según la Norma ISO 16889 “Procedimiento de evaluación de la  eficiencia de la filtración industrial mediante el método de múltiples pasadas”, la cual tiene en cuenta que la obtención del código de limpieza ISO 4406-99 final de un aceite industrial se basa en el valor del factor Beta ?_x del filtro pero después de un determinado número de veces que pase el aceite por el elemento filtrante. Esta prueba indica qué tantos contaminantes retendrá el filtro y su eficiencia en la remoción de contaminantes. Esta es una prueba de laboratorio que no es factible compararla con las condiciones reales a las cuales va a estar expuesto el filtro, pero se puede tomar como un parámetro de comparación entre los diferentes fabricantes de filtros. La capacidad de retención se  da en gramos de un contaminante de prueba estandarizado.

Entre más alto sea el código de contaminación ISO 4406-99 inicial del aceite industrial más rápido se colmatará el filtro de aceite, aun cuando el factor Beta ?_x sea el requerido y por lo tanto finalmente no se llegará a obtener el valor deseado sin antes consumirse un número importante de elementos filtrantes; de ahí la recomendación de casos como éste, de iniciar el proceso de filtración con filtros de aceite con un factor Beta ?_x de 50 o máximo de 100 y cuando el código de limpieza ISO 4406-99 ya no baje más, continuar con el proceso de filtración de acuerdo con el factor Beta ?_x requerido hasta obtener el código de limpieza ISO 4406-99 deseado. De aquí se desprende la recomendación de instalar en paralelo con el depósito de aceite de la máquina, un sistema de filtración con filtros de aceite con un factor Beta ?_x de 50 o de 100 y en línea los filtros de aceite con el factor Beta ?_x requerido que garanticen el rango de limpieza ISO 4406-99 dentro del cual debe trabajar el aceite industrial. El desgaste normal erosivo y abrasivo en los mecanismos lubricados está basado en el rango de limpieza recomendado ISO 4406-99 de acuerdo con el tipo de componente lubricado.

Factor Beta ?_x  y la eficiencia del filtro

La eficiencia e_x de un elemento filtrante es función del factor Beta ?_x  está relacionado mediante la siguiente ecuación:

e_x =  1 – 1/?_x , Adimensional Ecuación 1

 Donde:

1. e_x: Eficiencia del elemento filtrante, adimensional.
2. ?_x: Relación de filtración entre el número de partículas de un determinado tamaño x que hay antes del filtro de aceite y el número de partículas del mismo tamaño x después del filtro de aceite.

Entre más alto sea el factor Beta ?_x, mayor es la eficiencia e_x del filtro de aceite y por lo tanto habrá menos cantidad de partículas mayores o iguales a un tamaño x al final del proceso de filtración dando lugar a un menor desgaste erosivo y abrasivo normal en los mecanismos lubricados, pero mayor será el costo del proceso de filtración; por lo tanto es muy importante determinar hasta donde es viable económicamente mantener códigos de limpieza ISO 4406-99 exigentes como 15/14/12 o menores, a no ser que la criticidad del componente así lo requiera, y de ahí la necesidad de ser muy objetivos y tener claro la relación costo – beneficio.                     

3. CODIGO DE LIMPIEZA ISO 4406-99 Y NAS 1638

La cantidad de partículas presentes en una muestra de aceite industrial ISO 3448 se determinan mediante la utilización de un Contador de Partículas (funciona con una base óptica láser) que permite una medición absoluta de las partículas de 4 ?m en adelante (no especifica la forma geométrica ni el  tipo de material de la partícula). Esto equipos trabajan con las  normas internacionales ISO 4406-99 y NAS 1638; las más utilizada en América es la ISO 4406-99 y en Europa la NAS 1638, aunque la tendencia mundial es utilizar la ISO 4406-99 debido a que la NAS 1638, es para fluidos hidráulicos y aceites utilizados en aeronáutica. La norma ISO 4406-99 clasifica las partículas en tamaños 4 ?m, 6 ?m y 14 ?m. Para poder evaluar si un aceite ISO 3448 que está trabajando en un componente de una máquina cumple con los estándares de limpieza ISO 4406-99 requeridos para evitar que en los mecanismos lubricados se presente un desgaste erosivo y abrasivo anormal, es necesario conocer primero cuál es el código de limpieza ISO 4406-99 recomendado para el aceite ISO 3448 de acuerdo con el mecanismo que está lubricando; si el código de limpieza ISO 4406-99 del aceite 3448 es superior al recomendado, los mecanismos lubricados estarán expuestos a un desgaste erosivo y abrasivo menor y por el contrario si es menor, los niveles de dichos tipos de desgaste serán más altos y por lo tanto su Vida disponible (V_d) será tanto menor cuanto mayor sea el nivel de contaminación del aceite.

En la Tabla 1 se especifican los códigos de limpieza de acuerdo  con la norma ISO 4406-99 y en la Tabla 2 los de la norma NAS 1638.

TABLA 1
NORMA DE LIMPIEZA ISO 4406-99 PARA ACEITES INDUSTRIALES 

TABLA 2
NORMA DE LIMPIEZA NAS PARA COMPONENTES AERONAUTICOS

La norma de limpieza ISO 4406-99 se especifica con base en tres números que corresponden a los códigos estandarizados en la Tabla 1 y que indican, el primero, el número de partículas mayores o iguales a 4 ?m; el segundo a 6 ?m y el último a 14 ?m, presentes en 100 cm³ de una muestra del aceite evaluado. Por ejemplo un código ISO 4406-99 de 20/17/13 indica que hay presentes en el  aceite entre 500.000 y 1’000.000 de partículas mayores o iguales a 4 ?m; entre 64.000 y 130.000 a 6 ?m y entre 4.000 y 8.000 a 14 ?m. El número 99 después del 4406 quiere decir que la norma se actualizó en 1999; antes de esta fecha la norma vigente se refería a las partículas mayores o iguales a 2, 5 y 16 ?m.

En la Tabla 3 se especifica el código de limpieza ISO 4406-99 que debe cumplir el aceite industrial ISO 3448 de acuerdo con el componente lubricado, este código de limpieza ha sido calculado con base en el espesor de la Capa fluida 3 de la película lubricante h_o. El código de limpieza ISO 4406-99 estándar o real se halla de penalizar el valor seleccionado de la Tabla 3 con los factores operacionales reales que pueden afectar el nivel de limpieza ISO 4406-99 seleccionado del aceite ISO 3448 y que se relacionan de acuerdo con la siguiente ecuación:

Código ISO 4406-99 estándar = f₁xf₂xf₃xf₄xf₅xf₅xf₆xf₇xf₈xCódigo ISO 4406-99 seleccionado  Ecuación 2

 Donde:

1. Código ISO 4406-99 estándar: Código de limpieza real que se debe utilizar.
2. Código ISO 4406-99: Código de limpieza seleccionado de la Tabla 3.
3. f₁: Factor de condición de lubricación, ver Tabla 4.
4. f₂: Factor de temperatura de operación, ver Tabla 4.
5. f₃: Factor de acuerdo con el Indice de viscosidad del aceite ISO 3448 utilizado, ver Tabla 4.
6. f₄: Factor de contaminación del aceite con agua, ver Tabla 4.
7. f₅: Factor de tipo de material del depósito de aceite y tuberías de circulación, ver Tabla 4.
8. f₆: Factor por polución en el ambiente, ver Tabla 4.
9. f₇: Factor por tipo de programa de lubricación para cambio del aceite, ver Tabla 4.
10. f₈: Factor por lugar de la toma de la muestra de aceite, ver Tabla 4.

TABLA 3
Código de limpieza ISO 4406-99 de acuerdo con el tipo de componente y mecanismos lubricados

 

Cuando el aceite ISO 3448 trabaja dentro del valor de Operación Confiable OC, el factor f_ISO4406 de reducción de Vida disponible Vd es de 1,00; cuando está en el rango de Operación en Falla OF, es de 0,98 y cuando está En Falla EF es de 0,95.

Los factores operacionales reales que pueden afectar el nivel de limpieza ISO 4406-99 seleccionado del aceite ISO 3448 se hallan de la Tabla 4.

TABLA 4
Factores modificadores del código de limpieza ISO 4406-99 del aceite

Ejemplo 1
Se requiere hallar el código de limpieza ISO 4406-99 estándar que debe tener el aceite ISO 3448 de un reductor de velocidad de velocidad que se lubrica por salpique; los engranajes y rodamientos trabajan bajo condiciones de lubricación elastohidrodinámica EHD; la temperatura en la zona de fricción de los engranajes es de 75^oC; el índice de viscosidad del aceite utilizado es de 105; cuenta con un sistema de venteo eficiente con filtro de silica y para partículas sólidas; el ambiente es sin polución; el aceite se cambia de acuerdo con los resultados de los análisis de laboratorio y la muestra de aceite se toma por el puerto de muestreo.

Solución:

1. De la Tabla 3, para reductores de velocidad que operan bajo condiciones de lubricación EHD, el código ISO 4406-99 del aceite al empezar a trabajar debe ser de 18/17/15.
2. f₁: Factor de condición de lubricación, de la Tabla 4, se tiene que para lubricación EHD, este factor es igual a 0,99.
3. f₂: Factor de temperatura de operación, de la Tabla 4, se tiene que para una temperatura de operación T_op de 75^oC, este factor es igual a 0,99.
4. f₃: Factor de acuerdo con el Indice de viscosidad del aceite ISO 3448 utilizado, de la Tabla 4, se tiene que para un índice de viscosidad de 105 del aceite, este factor es igual a 0,98.
5. f₄: Factor de contaminación del aceite con agua, de la Tabla 4, se tiene que al contar el reductor de velocidad con un sistema de venteo eficiente, este factor es igual a 1,00.
6. f₅: Factor de tipo de material del depósito de aceite y tuberías de circulación, de la Tabla 4, se tiene que al ser la carcasa del reductor de velocidad de fundición, este factor es igual a 0,99.
7. f₆: Factor por polución en el ambiente, de la Tabla 4, se tiene que al ser el ambiente en el cual opera el reductor de velocidad sin polución, este factor es igual a 1.00.
8. f₇: Factor por tipo de programa de lubricación para cambio del aceite, de la Tabla 4, se tiene que al estar el aceite del reductor de velocidad en un programa de cambio de aceite por preventivo, este factor es igual a 0,99.
9. f₈: Factor por lugar de la toma de la muestra de aceite, Tabla 4. En este caso este factor no se tiene en cuenta ya que el aceite no se monitorea en el laboratorio y por lo tanto no se toman muestras de aceite.

 

De la Ecuación 2, se tiene que:

Código ISO 4406-99 estándar = f₁xf₂xf₃xf₄xf₄xf₅xf₆xf₇xf₈xCódigo ISO 4406-99 seleccionado = 0,99×0,99×0,98×1,00×0,99×1,00×0,99×18/17/15 = 0,9413×18/17/15 = 17/16/14.

Por lo tanto el código de limpieza ISO 4406-99 real que se debe garantizar cuando el aceite nuevo se le aplique a este reductor de velocidad o con el cual debe quedar después de un proceso de filtración debe ser de 17/16/14.

CONTAMINANTES QUE PUEDEN AFECTAR EL VALOR CUANTIFICADO DEL CODIGO DE LIMPIEZA ISO 4406-99

Los contaminantes más comunes en el aceite ISO 3448 que pueden afectar la lectura del código de limpieza ISO 4406-99 en un Contador de partículas es el agua que pueda tener en estado diluida el aceite ya que puede estar conformada por millones de partículas microscópicas dentro de las cuales pueden haber partículas de agua de un tamaño mayor o igual a 4 micras. De igual manera se puede ver afectada la lectura en el Contador de partículas por la presencia de partículas microscópicas de aire disuelto en el aceite, conocido como Aeroemulsión.

RELACION ENTRE EL FACTOR BETA Y EL CODIGO DE LIMPIEZA ISO 4406-99

 El  factor Beta ?_x de un elemento filtrante define la capacidad que tiene de garantizar el código de limpieza ISO 4406-99 final del aceite con respecto al inicial después de un determinado tiempo de filtración; esto es, por ejemplo, si el aceite ISO 32 de un turbogenerador tiene un código de contaminación de 21/20/18 con 1´750.000 partículas mayores o iguales a 4 micras, con 870.000 partículas mayores o iguales a 6 micras y 220.000 partículas mayores o iguales a 14 micras, y se utiliza para filtrarlo elementos filtrantes con un factor Beta ?₄ igual a 200, se tendrá que después de un determinado tiempo de filtración el aceite queda con 8750 partículas mayores o iguales a 4 micras, con 4350 partículas mayores o iguales a 6 micras y con 1100 partículas mayores o iguales a 14 micras, o sea, con un código de limpieza ISO 4406-99 de 14/13/11, ver Tabla 1.

DATOS QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA EN LA SELECCIÓN DEL FILTRO PARA ACEITES ISO 3448

 En la selección del filtro para aceites industriales y al momento de adquirirlo es necesario terne en cuenta los siguientes datos:

1. Código de contaminación ISO 4406-99 inicial del aceite.
2. Caudal en gpm.
3. Viscosidad del aceite en cSt a la temperatura de operación.
4. Presión en psig y temperatura en ^o
5. Tipo de papel.
6. Micronaje
7. Factor Beta ?_x.