Contador de partículas para análisis de aceite, diseño y especificaciones

Introducción

Al implementar el monitoreo de la condición de aceites lubricantes de maquinaria, típicamente la primera estrategia que se implementa es el control de la contaminación. El conteo de partículas es el método utilizado para monitorear la contaminación sólida de fluidos nuevos y en servicio. Las fuentes de contaminación sólida incluyen óxidos sólidos provenientes de la oxidación de la superficie dentro de la maquinaria, arena y suciedad del medio ambiente, sellos mecánicos gastados, deterioro de los filtros y rebabas de la maquinaria. La forma más agresiva del desgaste anormal de la maquinaria es la abrasión causada por la incrustación de partículas duras en un metal más blando cuando es arrancada por una superficie en movimiento. Los estudios han demostrado que hasta el 50% del tiempo de inactividad del equipo se debe a un desgaste anormal. Los contadores de partículas miden todas las partículas independientemente de la composición o forma de la partícula. La información proporcionada por un contador de partículas típicamente incluye conteo de partículas, distribución de tamaños y un código ISO. Otros códigos de informe también están en uso, pero el ISO 4406 es el más común. Un código ISO es una abreviatura que resume la limpieza del aceite. Cada aumento en un código ISO representa una duplicación del número de partículas en ese rango de tamaño. Los códigos ISO para partículas > 4,> 6 y> 14 μm se informan según la norma ISO 4406.
 

Tipos de Contadores de Partículas 

 
Los diferentes tipos de contadores de partículas que abordan el análisis de aceite lubricante de maquinaria se describen a continuación: Bloqueo de Poros Los contadores de partículas de bloqueo de poros se usan como contadores de partículas en el sitio para aceites de maquinaria en servicio. Emplean una malla fina en la que las partículas se acumulan. Estos contadores de partículas se basan en un diseño de flujo o presión constante. Los instrumentos de flujo constante miden la caída de presión a través de la malla mientras mantienen el flujo constante. Los diseños de presión constante miden el cambio en la velocidad de flujo mientras mantienen constante la presión. En ambos casos, la distribución del conteo de partículas se estima por extrapolación. Un diseño de malla de bloqueo de poro típico produce uno o dos códigos ISO. Los contadores de partículas de bloqueo de poro rara vez son utilizados por laboratorios comerciales debido a la limitada cantidad de datos generados.
 
Tipos de Contadores de Partículas Los diferentes tipos de contadores de partículas que abordan el análisis de aceite lubricante de maquinaria se describen a continuación: Bloqueo de Poros Los contadores de partículas de bloqueo de poros se usan como contadores de partículas en el sitio para aceites de maquinaria en servicio. Emplean una malla fina en la que las partículas se acumulan. Estos contadores de partículas se basan en un diseño de flujo o presión constante. Los instrumentos de flujo constante miden la caída de presión a través de la malla mientras mantienen el flujo constante. Los diseños de presión constante miden el cambio en la velocidad de flujo mientras mantienen constante la presión. En ambos casos, la distribución del conteo de partículas se estima por extrapolación. Un diseño de malla de bloqueo de poro típico produce uno o dos códigos ISO. Los contadores de partículas de bloqueo de poro rara vez son utilizados por laboratorios comerciales debido a la limitada cantidad de datos generados.
 

Contadores de Partículas de Bloqueo de Luz

 
Los contadores de partículas que bloquean la luz láser son los instrumentos tradicionales utilizados para el análisis de aceite en servicio. El principio de funcionamiento de los contadores de partículas de bloqueo de luz tradicionales se presentan a continuación. Una fuente de luz, típicamente un láser, pasa a través de una muestra. La luz está parcialmente bloqueada por partículas, por lo que la luz llega a la matriz del fotodetector, lo que provoca un cambio en el voltaje proporcional al área de las partículas. 
 
Los contadores de partículas de bloqueo de luz tradicionales tienen varias limitaciones de diseño. Los resultados del detector de fotografía contienen errores de medición causados por la presencia de agua y burbujas de aire dentro de la muestra de aceite. La preparación adecuada de la muestra mediante el uso de agitación ultrasónica ayuda a reducir el impacto de las burbujas de aire en el conteo de partículas. Para muestras que contienen agua (una muestra de aceite que es "lechosa"), comúnmente necesita solventes de "eliminación de agua" para obtener un conteo más preciso. La presencia de agua produce un error significativo en el conteo de partículas. 
 

Contador de partículas de imágenes directas LaserNet Fines

 
El diseño del contador de partículas LaserNet Fines (LNF) incorpora un láser de estado sólido configurado con una matriz CCD para crear un contador de partículas de imágenes directas como se muestra en la siguiente ilustración. 
 
El láser ilumina la muestra y un lente óptico magnifica la luz. Una cámara de video CCD captura las imágenes de la muestra y las almacena en la memoria. Estas imágenes se analizan por tamaño y forma. Se calcula un diámetro circular equivalente o ECD para cada imagen y el conteo de partículas y la distribución de tamaños se informa junto con los códigos ISO. El LNF proporciona otros formatos de salida pero el ISO 4406 es el más común. La capacidad del LaserNet Fines para capturar la silueta de partículas de desgaste permite realizar el análisis de una  'Ferrografía automatizada' para la clasificación de partículas de desgaste. Todas las partículas de más de 20 μ están clasificadas por una red neuronal en las categorías de corte, fatiga, deslizamiento, partículas no metálicas, agua libre y fibras. Identificar el tipo de partículas de desgaste y proporcionar el conteo de partículas, la distribución del tamaño y la gravedad de cada uno de los mecanismos de desgaste anormales complementa la información provista por otras tecnologías de instrumentación tales como la monitorización ferrosa y la ferrografía analítica. Esta capacidad se implementa en los instrumentos Spectro LNF Q220 y Q230.
 
El LNF puede distinguir entre partículas sólidas, gotas de agua y burbujas de aire en aceite para todas las partículas mayores de 20 μ. Los recuentos de burbujas de aire y agua se restan del recuento de partículas medido para obtener un conteo neto real de partículas.
Comparación del LNF con los contadores de partículas de Bloqueo de Luz Los parámetros clave y especificaciones de los contadores de partículas utilizados para el análisis de aceite en servicio se describe a continuación y se proporciona un resumen del LNF en comparación con los contadores de partículas de bloqueo de luz en la Tabla 1. Calibración La calibración LNF es una calibración de fábrica única realizada en un banco óptico. No se requiere ninguna otra calibración de rutina, el rendimiento se valida simplemente ejecutando la prueba de muestra estándar con el fluido de calibración PartiStan™. La calibración de los contadores de partículas de bloqueo de luz se lo debe realizar anualmente en fábrica debido a la deriva eléctrica. Los contadores de partículas de bloqueo de luz láser están calibrados de acuerdo al método ISO 11171. El LNF es trazable al NIST sin la necesidad del método ISO 11171. Nivel de Saturación y Error por coincidencia El error por coincidencia es cuando dos o más partículas pasan a través del área de detección y se cuentan como una partícula. Ocurre cuando la concentración de partículas es demasiado alta para el detector. Provoca un sesgo al informar resultados de bajo conteo de partículas y también un tamaño de partículas incorrecto. El límite de saturación es el rango superior de detección, medido en la concentración de partículas (partículas/ml). Normalmente se define como el valor al que un instrumento tiene un 10% de error de coincidencia. El límite de saturación del LNF es el más alto disponible con una especificación de 5 millones de partículas/ml con un error de coincidencia del 2%. Hay varias razones por las que el LNF tiene niveles de saturación tan altos y errores de coincidencia tan bajos en comparación con un instrumento de bloqueo de luz. El LNF usa una matriz bidimensional de 640 x 480 en contraste con un fotodetector de fuente puntual unidimensional. Además, muchas partículas se ven simultáneamente dentro de un área de 1600 x 1200 micras dentro de la celda de flujo. El LNF realiza un seguimiento de la trayectoria de partículas individuales y puede controlar cualquier separación posterior de la imagen en dos más pequeñas. Un fotodiodo no puede hacer eso. Es posible solo con un instrumento de imagen directo.
 
En comparación, los contadores de partículas de bloqueo de luz láser convencionales se limitan típicamente a un nivel de saturación de 80 - 200,000 partículas / ml con errores de coincidencia de 8 a 10%
 
Dilución Algunas veces, se requiere diluir las muestras de aceite debido a la alta viscosidad o al alto contenido de partículas.  Los contadores de partículas láser, tienen un límite de saturación intrínsecamente bajo, con frecuencia requieren dilución, especialmente los aceites de motor más oscuros o muestras con alto contenido de partículas. Sin dilución, las partículas saturarán el sensor y no se registrarán recuentos más altos. Cuando los aceites se diluyen, se producen errores adicionales en el conteo de partículas. Se debe tomar en cuenta que las partículas del solvente también se introducen durante el proceso de dilución. Es una recomendación común diluir las muestras en una proporción de 1: 1. En estos niveles, el aceite actúa como un solvente, lo que hace que las partículas grandes se sedimenten rápidamente. Es difícil homogeneizar una muestra y obtener resultados repetibles en estos niveles. El alto límite de saturación del LNF le permite medir aceites más oscuros y sucios sin dilución. La dilución solo se requiere para muestras de más de 320 cSt. El LNF permite analizar la mayoría de los aceites de maquinaria y de motor sin dilución, lo que hace que los resultados sean más precisos y repetibles en comparación con los contadores de partículas basados en el método láser.
 

Conteo de Partículas No Metálicas

 
Otra característica única de los instrumentos LNF es la capacidad de distinguir partículas semi-translúcidas de partículas sólidas. Considere dos partículas con áreas y formas idénticas, una es parcialmente translúcida. La sílice y los silicatos (en arena y tierra) a menudo son semi-translúcidos y son los principales componentes de la contaminación. La capacidad de LNF permite el control de un recuento de partículas no metálicas (contaminantes) además del recuento total de partículas.
 

Cálculo del Diámetro Circular Equivalente

 
Los contadores de partículas informan el tamaño de partícula en 'Diámetro Circular Equivalente'. Este es el diámetro de un círculo con la misma área que la partícula real con forma irregular detectada. Utilizando un sistema de bloqueo de luz láser, las partículas semitranslúcidas pasarán la luz de modo que no se mida todo el área de la silueta en el fotodetector, lo que resultará en el informe de partículas grandes. El LNF de imagen directa no tiene esta limitación ya que la red neuronal "rellena" las áreas faltantes para un dimensionamiento preciso de la partícula. Corrección de burbujas de Agua y Aire El LNF tiene la capacidad de realizar correcciones al conteo de partículas indicado, en función de la presencia de agua y burbujas de aire. Los recuentos de burbujas de aire y agua se restan del recuento de partículas reportado y se identifican fácilmente debido a las diferencias en el índice de refracción entre el aceite, el agua y el aire. Partículas blandas El conteo preciso de partículas requiere la eliminación de la contribución de "partículas blandas" como el agua, los aditivos y los subproductos que son insolubles en el aceite. Al igual que las partículas, dispersan la luz láser y darán un recuento falso con un alto sesgo.
 
El LNF mide e informa, como una categoría separada, el conteo de todas las gotas de agua de más de 20μ. . Los sistemas de bloqueo de luz convencionales no tienen medios directos para evaluar la presencia de agua. Medición de agua libre El LNF mide e informa el agua libre en una muestra. Esta medición utiliza imágenes de todas las gotas de agua de más de 20 μ de diámetro y las correlaciona con el método de valoración de Karl Fisher. Medición de Hollín El LNF mide niveles de hollín de hasta 2% mediante el uso del control automático de ganancia láser para obtener imágenes a través de una muestra. Los porcentajes de hollín se derivan de la transmisión a través de la muestra de aceite. El porcentaje de hollín calibrado puede medirse con precisión hasta 0,01% en comparación con los estándares TGA.

Resumen 

Una comparación de las especificaciones operativas y la facilidad de uso de la serie LaserNet Fines Q200 con contadores de partículas de bloqueo ilustran cómo el LNF es el contador de partículas óptimo para el análisis de aceite lubricante en servicio. El LNF ofrece códigos de conteo para partículas de 4-100 μ con códigos de salida múltiples. También proporciona corrección de errores por agua y burbujas de aire. Finalmente, proporciona un conteo de partículas no metálicas para el control de contaminantes además del conteo total de partículas.
 
 
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