CAPITULO IV: TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE ACEITE

Técnicas de análisis de aceite

CAPITULO IV: TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE ACEITE

4.1.- INTRODUCCiÓN

59

El lubricante es un elemento de vital importancia en la maquinaria que por muchos

es conocido como "la sangre de la máquina" puesto que cumple importantes

funciones sobre todo el equipo lubricado. Para la aplicación del presente trabajo el

lubricante es además una fuente de información ya que en el cumplimiento de sus

funciones transporta y contiene información sobre las más importantes causas de

falla de la maquinaria [15].

En la actualidad se dispone de muy buenas herramientas de seguimiento para

predecir con exactitud el estado de desgaste de las máquinas así como la

degradación del lubricante (aceite), de tal manera que se le deje en servicio ó se le

deseche de acuerdo a su estado real.

En motores diesel, una de las herramientas más importantes para predecir fallas la

constituye el análisis de aceite, puesto que el lubricante cumpliendo con una de

sus funciones es el medio de evacuación de todas las impurezas que se producen

y se forman en él. El análisis de aceite usado consiste en tomar muestras cada

cierto período de tiempo de funcionamiento del motor, generalmente coincidiendo

con el de cambio de aceite, para posteriormente evaluarlas con la finalidad de

determinar tanto el estado del motor como el del lubricante.

El estado del motor se detecta estableciendo principalmente el grado de

contaminación del aceite debido a la presencia de partículas de desgaste o

sustancias ajenas a éste. El estado del aceite se detecta determinando la

degradación que ha sufrido, es decir, la pérdida de la capacidad de lubricar

causada por una variación de sus propiedades físicas y químicas y de las de sus

aditivos. En la Tabla 4.1 se muestra la clasificación de las técnicas de análisis de

aceite empleadas para esta doble finalidad.

En el presente trabajo solo se abordarán las técnicas para identificar y cuantificar

el desgaste del motor y se mostrarán algunos métodos actuales para el

seguimiento del desgaste en motores diesel.

Diagnóstico del desgaste de motores diesel

Tabla 4.1.- Clasificación de las técnicas de análisis de aceite.

60

TECNICAS PARA IDENTIFICAR Y CUANTIFICAR EL DESGASTE DEL MOTOR

Espectrometría: De absorción atómica

De emisión atómica

De fluorescencia.

Ferrografía: Analítica

De lectura directa.

Recuento de partículas

Microscopía: Por televisión

Por televisión con barrido

Electrónica de barrido

Microanálisis de rayos X

TECNICAS PARA IDENTIFICAR Y CUANTIFICAR EL ESTADO DEL ACEITE

CONTAMINACION DEL ACEITE

Dilución con combustible

Dilución con agua

Contenido de materias carbonosas

Espectrometría infrarroja.

DEGRADACiÓN DEL ACEITE

Viscosidad

Basicidad

Detergencia / Dispersividad

Mancha de aceite

Constante dieléctrica

Espectrometría infrarroja.

TECNICAS MODERNAS PARA EL ANALlSIS DEL ACEITE Y DEL DESGASTE

Endoscopía

Análisis fractal.

4.2 ANÁLISIS PARA IDENTIFICAR Y CUANTIFICAR EL DESGASTE DEL

MOTOR

Se han desarrollado diversos métodos y técnicas de análisis del aceite para fines

de diagnóstico y predicción de averías en motores, de los cuales se consideran los

de más amplia aplicación como son los siguientes:


• Espectrometría

• Ferrografía

• Técnicas complementarias: Recuento de partículas

Colectores magnéticos

Microscopía

Microanálisis con rayos X.

4.2.1 Espectrometña

61

Es el método más ampliamente usado en la actualidad para el análisis cuantitativo

elemental de las partículas de desgaste presentes en el lubricante.

Esta técnica de medición se basa en las transiciones electrónicas entre capas

internas del átomo de cualquier elemento, que luego de ser excitado produce un

espectro electromagnético característico cuya apariencia sirve para identificarlo.

Según la Ley de Planck: cuando un electrón energético procedente de una

columna de electrones expulsa a un electrón de una capa de baja energía (E1),

otro electrón de una capa de alta energía (E2) ocupa la vacante, perdiendo

energía en el proceso. La energía perdida aparece como radiación emitida de

energía igual a E2 - E1 [5], tal como se muestra en la Fig. 4.1 .

•

Fig. 4.1 Principio básico de la espectrometría

Este fenómeno se representa matemáticamente con la siguiente ecuación:


Donde: Me' =Energía del átomo excitado.

Meo = Energía del átomo en estado fundamental.

¿hv = Energía emitida de las diferentes longitudes de onda. A.

h = Constante de Planck.

v = Frecuencia de la radiación, v =cl A

c = Velocidad de la luz.

La aplicación de la ley de Plank da lugar a dos tipos de espectrómetros:

• Espectrómetro de absorción atómica

• Espectrómetro de emisión atómica

ESPECTRÓMETRO DE ABSORCiÓN ATÓMICA:

62

(4.1 )

En este tipo de espectrómetro que es uno de los más utilizados en el análisis de

aceites usados, la muestra se quema para llevar sus componentes a fase gaseosa

y estado elemental por disociación térmica. La fase gaseosa se ilumina con luz de

determinada longitud de onda según el elemento que se desea medir,

seguidamente los átomos en estado fundamental cuyos niveles se corresponden

con los de la longitud de onda incidente, absorben energía para promover

electrones a niveles superiores [16]. Cada elemento es sensible a una sola

longitud de onda y la cantidad de energía absorbida es proporcional a su

concentración en la mezcla, por ello, el espectro de absorción del elemento

presentará picos o líneas de absorción atómica, las cuales no son

monocromáticas pues presentan un ligero ensanchamiento de línea [16] debido a

que la absorción también se produce en un cierto rango en torno a ella. En la Fig.

4.3 se presenta el esquema de funcionamiento de un espectrómetro de absorción

atómica, observándose los cuatro sistemas básicos que lo componen. Un sistema

Técnicas de análisis de aceite 63

de iluminación para obtener la radiación característica del elemento a analizar,

lo

(2)detector

llama

10-I=FlogC

III

[E] ================IIII

Sistema deiluminación

Sistema de exitadón Sistema óptico Sistema electrónico

Fig. 4.2 Espectr6metro de absorción atómica

representado por la fuente de radiación, que puede ser de dos tipos :De emisión

continua o de emisión discreta. Un sistema de excitación para obtener átomos del

elemento en estado elemental, que consta de nebulizador, cámara de premezcla,

mechero y llama. Un sistema óptico para conducir las radiaciones características y

focalizarlas sobre el monocromador, constituido por lentes y espejos. Y un

sistema electrónico para detectar, amplificar y medir las radiaciones que salen del

monocromador.

La espectrometría de absorción atómica presenta como ventaja, que es una

técnica muy simple y los costos son relativamente bajos en comparación con los

de emisión atómica, en contraparte, el espectrómetro de absorción atómica

analiza los elementos uno por uno, por lo que incrementa los periodos de barrido,

haciendo más lento el registro de resultados.

ESPECTRÓMETRO DE EMISiÓN ATÓMICA:

Dispositivo empleado, para determinar la composición elemental de una muestra,

analizando la diferencia de energía emitida; utiliza la propiedad de los átomos que

Diagnóstico del desgaste de motores diesel 64

al ser excitados absorben energía que utilizan para promover algunos de sus

electrones a niveles superiores; cuando regresan a sus niveles originales, emiten

energía.

Existen dos tipos de espectrómetros de emisión atómica: de emisión de llama y sin

llama. Los primeros no tienen aplicación en el análisis de aceite y por ello solo se

consideran los segundos. Dentro de los espectrómetros de emisión atómica sin

llama se encuentran los de emisión de disco rotativo y los de emisión de plasma

de acoplamientos inductivo.

Espectrómetros de emisión de plasma de acoplamiento inductivo:

Es una de las técnicas más modernas para excitar la muestra, para ello se vale de

una corriente de alta frecuencia (15-50 MHz), que circula por una bobina metálica

de inducción generando un campo magnético cuyas líneas de fuerza están

orientadas axialmente respecto a un tubo de cuarzo alojado dentro de la bobina,

por el que fluye argón, nebulizando la muestra que se desea analizar. El campo

magnético acelera los iones y electrones induciéndolos a moverse en ondas

circulares dentro del tubo. Este movimiento produce un calentamiento (efecto

Joule) de los gases ionizados, formándose un plasma confinado toroidal con una

temperatura cercana a los 10000 K que atomiza y disocia la muestra que se

inyecta al centro del tubo. El espectrómetro de emisión de plasma consta de:

Antorcha que produce y mantiene el plasma, generador de radiofrecuencia que le

suministra energía, sistema óptico para diferenciar la radiación monocromática de

cada elemento y sistema de detección y tratamiento de la señal.

Su principal inconveniente es que no detecta las partículas de desgaste mayores de

5 IJm y su ventaja fundamental el permitir analizar simultáneamente diferentes

elementos, sin necesidad de lámparas ni mecheros distintos.

Espectrómetros de fluorescencia de rayos x:

Llamado así porque el espectro de fluorescencia policromático emitido por la

muestra al ser excitada por una haz de radiación producido por un tubo de rayos X

es descompuesto en sus componentes monocromáticas en función de sus


longitudes de onda, al difractarse en un monocristal de espaciado conocido tal

como se muestra en la Fig. 4.3. El haz difractado para cada posición angular del

monocristal incide sobre un detector, generalmente un detector de gas

proporcional de flujo o de centelleo, que convierte los fotones en impulsos

eléctricos

-

II

•tt

••on(~tolltubo de raros X I

28\••·

~istal

analbador

n1 .2dsenO

Fig. 4.3 Esquema del funcionamiento de un espectrómetro de fluorescencia de rayos X

4.2.2 Ferrografía.

Es una técnica analítica que permite la separación de las partículas pequeñas de

desgaste (Rango: 1 - 20 IJm), mediante inducción magnética (Fig. 4.4); por esta

razón, solo sirve para estudiar los contenidos de materiales ferromagnéticos,

incluidos los muy débiles y algunos como el aluminio o bronce, que no siendo

magnéticos, al desgastarse contra materiales ferrosos se comportan como

ligeramente magnéticos.

Entre las más relevantes ventajas de la Ferrografía se tienen:

• Es una técnica que permite la determinación cuantitativa y cualitativa de las

partículas de desgaste contenidas en un lubricante.

• El análisis ferrográfico permite determinar las causas que pueden producir un

fallo por desgaste y por lo tanto predecir la forma de remediarlo.

• El costo de los ferrogramas es relativamente bajo.

• Constituye virtualmente el único método sistemático para identificar el tipo de


desgaste producido dentro de un motor.

• Posee una elevada efectividad de detección de partículas (0.1-20 ¡.Jm) que son

las más importantes para el monitorizado del desgaste.

Los principales inconvenientes son:

• La respuesta del ferrógrafo no es completamente lineal debido a la disposición

solapada de las partículas.

• La repetibilidad de las mediciones es baja.

• La interpretación de los ferrogramas necesita personal calificado, experto y

entrenado.

bomba

Su bs tr ato

recipientecolector

Fig. 4.4 Ferrógrafo

Utilidad:

• Detectar defectos de fabricación en motores.

• Seleccionar un filtrado del aire más efectivo.

• Monitorizar el desgaste del motor.

Se distinguen dos técnicas ferrográficas [17]:

muestrade aceite

- Analítica:

Es una técnica que permite la identificación de las causas de desgaste por medio

de un examen visual de la morfología, color y concentración de partículas.

Esta técnica utiliza magnetos permanentes de precisión para eliminar

sistemáticamente partículas que contienen hierro u otras partículas susceptibles

de un lubricante, para ser estudiadas mediante microscopía, lo que a su vez

suministra una exacta descripción de la forma y composición de las partículas,


permitiendo identificar los tipos de desgaste mediante análisis global del

ferrograma.

Técnica: Inicialmente se toma una pequeña cantidad de muestra diluida con

solvente y luego se hace pasar a lo largo de un portaobjetos de microscopio

inclinado, el portaobjetos esta rodeado por magnetos permanentes de precisión,

los cuales separan las partículas de distintos tamaños para luego ser estudiadas

(Fig.4.5)

Dispositivo antes delcoteclor

Dispositivo paragenerar vacio

Detalle: método de toma de muestra del aceite

Fig. 4.5 Ferrógrafo analítico.

Utilidad: Se utiliza para detectar partículas mayores que las que puedan ser

detectadas mediante espectrómetros de emisión atómica de rápido proceso, los

cuales están limitados a 10 Jlm, a su vez permite conocer la composición y

morfología de las partículas que revelan la causa del desgaste.

- De lectura directa o cuantitativa:

Permite cuantificar las partículas grandes y pequeñas de manera rápida. Las

partículas metálicas magnéticas, u otras, son fijadas en un tubo de vidrio por la

acción de un campo magnético y quedan posicionadas en función de su

susceptibilidad magnética y dimensiones.

Un contador digital permite medir la densidad óptica de los depósitos y, por lectura

directa, deducir los valores de cristales grandes "L" y pequeños "S". De esta

manera se puede determinar si el desgaste es de tipo normal, traducido en


emisión de partículas pequeñas, o si el desgaste es grave donde predominarán las

partículas grandes. Este aparato se muestra esquemáticamente en la Fig. 4.6. [18]

Aceite Fijación deopacidades

DI = Superficie cubierta por partículas grandes.Os= Superficie cubierta por partículas pequeñas.

Fibra óptica

Lámpara

Fig. 4.6 Ferrógrafo de lectura directa.

Técnica: Una pequeña cantidad de muestra se diluye con solvente y se hace

pasar a través de un pequeño tubo capilar que corre a través de un campo

magnético. Las partículas con hierro se ubican sistemáticamente (de mayor a

menor) en el campo magnético a medida que la muestra fluye a través del tubo

capilar. Dos sensores ópticos se encuentran respectivamente cerca de la entrada

y la salida del tubo para medir la densidad de las partículas de hierro en cada uno

de los puntos.

Interpretación de resultados: Se obtienen dos lecturas escalares (sin unidades):

"L" (Iarge) o partículas grandes (aproximadamente> 5 micrómetros)

"S" (small) o partículas pequeñas (aproximadamente < 5 micrómetros)


Rango de los resultados:

(L o S) (grande o pequeño):

L+S =representa la concentración total de partículas. Es el mejor y más utilizado

índice de ferrografía de desgaste.

El porcentaje de PLP representa la concentración de partículas grandes en

relación con la concentración total.

PLP= (L-S) / (L+S)xl00 (4.1 )

Utilidad: La Ferrografía de lectura directa brinda información acerca de la

morfología (forma) y dimensión de las partículas en dos amplias categorías. Posee

la ventaja de no ser afectada por el tamaño de la muestra o la contaminación con

agua, y por lo tanto, es un ensayo que puede repetirse varias veces si el

procedimiento de muestreo es adecuado.

4.2.3 Colectores magnéticos.

Esta técnica como su nombre lo indica permite la separación, por atracción

magnética, de las partículas de la muestra que sobrepasan un determinado

tamaño, tales como las producidas durante el desgaste de fatiga. Las partículas

magnéticas recogidas, en su mayoría ferrosas, pueden utilizarse como fuente de

información en dos sentidos: Como indicadores de la tasa de desgaste y como

identificadores del tipo de desgaste que se está produciendo, igual que sucede

con la ferrografía; por esta razón, el uso de colectores constituye una técnica

simple y efectiva de monitorizado de la contaminación de lubricantes líquidos con

la finalidad de conocer el estado de una máquina. Una vez recogidas las partículas

se puede utilizar cualquier técnica de medición para determinar la tasa de

desgaste.

Descripción del equipo: Un colector consta de dos cuerpos; un cuerpo montado

permanentemente en el sistema de lubricación y un detector magnético que se

inserta en el primero de manera que el imán quede expuesto al lubricante; en el

cuerpo hay una válvula de cierre automático que permite la extracción rápida del

detector para su examen como lo evidencia la Fig.4.7, sin que haya pérdida de


lubricante. El detector se debe retirar y analizar periódicamente colocando uno

limpio en su lugar, operación que se debe repetir cada 25 horas de

funcionamiento.

lCojinete

Bomba

t~. ~::: Deposito

Fig. 4.7 Colector magnético

Entre las desventajas de los colectores magnéticos se pueden mencionar las

siguientes:

Técnica costosa y poco eficaz.

No permite distinguir la composición de la partícula.

Método subjetivo, pues la identificación del tamaño y forma de las partículas

depende de la pericia del analizador.

4.2.4. Microscopía.

Es la técnica complementaria de todas las anteriores que permite inspeccionar las

partículas detectadas mediante ellas. Cuando el tamaño de las partículas es

mayor de1 ~m se utiliza el microscopio óptico convencional o el bicromático; si es

menor de este valor se deben utilizar otros métodos de microscopía como son:

MICROScopíA CUÁNTICA POR TELEVISiÓN: En ésta se reduce el tiempo que se

utiliza en la microscopía óptica, produciendo lecturas instantáneas del número y


distribución por tamaño de las partículas contenidas en un campo de visión

seleccionado, cuya imagen se toma con una cámara de televisión y se proyecta

sobre un monitor. Las señales producidas por el detector se procesan en un

computador y se clasifican según una serie de rangos de tamaño.

MICROScopíA POR TELEVISiÓN CON BARRIDO Y COMPUTADOR: Para esta

técnica se coloca sobre una placa portaobjetivo de un microscopio convencional la

muestra a examinar, de manera que pueda ser observada directamente o a través

de una cámara electrónica. El microscopio posee un computador programado para

efectuar el barrido de la muestra con la finalidad de obtener considerable

información respecto a ella.

MICROScopíA ELECTRÓNICA DE BARRIDO: En el microscopio electrónico de

barrido (Fig. 4.8), se hace incidir un delgado haz de electrones acelerados, con

energías desde unos cientos de eV hasta unas decenas de keV (50 keV), sobre

una muestra gruesa, opaca a los electrones. Este haz se focaliza sobre la

superficie de la muestra de forma que realiza un barrido de la misma siguiendo

una trayectoria de líneas paralelas.

BOb.·ln8S de-l (¡¡tri: ·.L\barrido ~JUju; :

Haz de electrones:

Generadordel barrido

de rayoscatódicos

Fig. 4.8 Microscopio electrónico de barrido

La señal emitida por los electrones y la radiación resultante del impacto se recoge

mediante un detector y se amplifica para cada posición de la sonda. Las


variaciones en la intensidad de la señal que se producen conforme la sonda barre

la superficie de la muestra, se utilizan para variar la intensidad de la señal en un

tubo de rayos catódicos que se desplaza en sincronía con la sonda. De esta forma

existe una relación directa entre la posición del haz de electrones y la

fluorescencia producida en el tubo de rayos catódicos. El resultado es una imagen

topográfica muy ampliada de la muestra.

De todas las formas de radiación resultantes de la interacción del haz incidente y

la muestra hay dos realmente fundamentales en el microscopio de barrido: los

electrones secundarios y los electrones retrodispersados.

4.2.5 Microanálisis de rayos X.

Literalmente, microanálisis, es el análisis de muestras muy pequeñas o de

características muy pequeñas de las muestras por medio de cualquier técnica, no

obstante, históricamente, el término tiene un significado más concreto. Cuando

sobre una muestra inciden electrones de energía apropiada se producen rayos x

(RX), cuya energía y abundancia relativa dependen de su composición.

Este fenómeno se usa para analizar el contenido elemental de micro volúmenes

(en un rango general de una a cientos de micras cúbicas) y es lo que se conoce

normalmente como microanálisis [19].

Esta técnica es:

• Prácticamente no destructiva

• Permite analizar por separado cada partícula de desgaste desde 2 puntos de

vista, cualitativa y cuantitativamente.

• Es el método más fácil (y a veces el único) para analizar muestras

microscópicas.

• Es sensible a bajas concentraciones -los límites de detección mínimos (LDMs)

están por debajo del 0.1 % en los mejores casos y son menores de 1%-.

• Los requerimientos para la preparación de muestras son mínimos.

Existen dos tipos de microanálisis de RX:

• Por dispersión de longitudes de onda, en el que la emisión de RX se discrimina

por la difracción de una serie de cristales analizadores. Tiene la ventaja de


conseguirse unos límites de detección más bajos, pero la desventaja de tener

que buscar elemento por elemento.

• Por dispersión de energías, en el que la emisión de RX se discrimina

electrónicamente. Tiene la ventaja de obtenerse de manera simultánea todo el

espectro de elementos, pero la desventaja de unos límites de detección más

altos.

Intensidad de RX característicos:

• La probabilidad de que los RX característicos emitidos sean absorbidos antes

de que salgan de la superficie de la muestra.

• La fluorescencia secundaria, que es un resultado de la mencionada absorción.

Por ejemplo, RX característicos del elemento A pueden ser absorbidos por un

átomo del elemento 8 apareciendo una emisión característica de baja energía

del segundo elemento. La presencia de los elementos A y 8 en la misma

muestra hace que aumente la emisión característica del elemento 8 y

disminuya la del A. (efecto matriz)

Análisis:

Muchos aspectos del análisis están automatizados, pero se puede escoger entre

diferentes rutinas analíticas que varían de sistema a sistema.

Un espectro de dispersión de energía se presenta usualmente como un

histograma en donde el eje horizontal con unidades de energía y el eje vertical

número de cuentas o intensidad. Como se muestra en la Fig. 4.8; La energía de

las diferentes líneas tiene un valor determinado.

Fig. 4.9 Espectro de Rayos X


Las cuentas que forman el resto del pico a uno y otro lado de la energía teórica de

la línea corresponden a variaciones aleatorias en la cantidad de carga que los RX

generan en el detector y al ruido que el circuito electrónico introduce en la señal.

La anchura de los picos a mitad de su altura dan indicación de la resolución del

detector que será mejor cuanto menor sea esta anchura. La multitud de pequeños

picos por encina de todo el espectro representan fluctuaciones estadísticas

Por último, una vez adquirido el espectro, con la ayuda de patrones o sin ellos y

mediante el software adecuado se puede realizar de forma automática el análisis

cualitativo, es decir, la identificación de picos y el análisis cuantitativo o cálculo de

la concentración de los diferentes elementos.

Perfiles de concentración:

La técnica consiste en obtener una gráfica de la intensidad de la señal de RX de

uno o varios elementos a lo largo de una línea de barrido entre dos puntos de la

muestra. Sirve para ver gráficamente como varia la concentración de uno o varios

elementos entre dos puntos. En la Fig. 4.10 se puede observar en detalle la

degradación de la concentración (en este caso del oro) a través de mapas de

perfiles de concentración.

Detalle de ladegradación de laconcentración deoro (Au)

Fig. 4.10 Mapas de perfiles de concentración

Mapas de RX:

La técnica consiste en obtener un mapa de intensidad de la señal de RX de uno o


varios elementos de la zona de la muestra que se este visualizando. Sirve para ver

gráficamente como están distribuidos los elementos en la zona seleccionada

asignando un color diferente a cada uno. Los mapas de RX ( Fig. 4.11) también

ofrecen una imagen que sé podría denominar semicuantitativa de la concentración

de los elementos mediante la densidad de puntos de un determinado color en la

zona.

Fig. 4.11 Mapas de rayos X

4.3 TÉCNICAS MODERNAS PARA El ANÁLISIS DEL ACEITE Y DEL

DESGASTE

4.3.1. Endoscopía.

Es una de las técnicas que ha tomado gran auge en la actualidad y se utiliza

principalmente en el monitorizado del desgaste en motores de combustión interna.

Consiste en introducir un cable de fibra óptica dentro del cuerpo a examinar para

determinar su funcionamiento interno[2D). Se hace uso para ello de un

endoscopio o boroscopio.

Mediante esta técnica se puede hacer Inspecciones visuales a:

• Motores.

• Cajas de engranajes.

• Turbinas de aviones.

• Cámaras de combustión.

• Sistemas de tuberías.

• Equipos de construcción.


• Reactores nucleares.

• Intercambiadores de calor.

• Cilindros hidráulicos de grúas gigantes.

76

Este procedimiento presenta las siguientes ventajas:

• Observación de fenómenos que ocurren en lugares inaccesibles.

• 0.7mm lZJ y 14 m de longitud, auto iluminados, luz brillante, imagen magnificada

del área.

• Inspecciones más rápidas.

• El tiempo fuera de servicio es reducido.

• Mayor aprovechamiento del mantenimiento preventivo.

• Inspecciones interiores sin necesidad de desmantelar el equipo y estimación

de reparaciones necesarias.

Tipos de endoscopios:

Endoscopios flexibles: Se utilizan para la inspección de artefactos, equipos,

tuberías, cañerías, orificios y cavidades. La articulación dirigida remotamente y el

radio de torcimiento pequeño habilita el acceso a partes de áreas inaccesibles. La

iluminación integrada de luz fría de fibra óptica asegura una visibilidad excelente

en la Fig. 4.12 se presenta un ejemplo de este tipo de endoscopio.

Fig.4.12. Endoscopio flexible

Se encuentran disponibles en longitudes de 400 mm a 6 metros, con diámetros

exteriores de 3.5 mm a 10 mm.[21] Aparte de esto poseen ángulos de giro de


hasta 1800 de la punta bidireccional y 1400 de la punta de cuatro-vías.

77

Endoscopios ñgidos: Poseen gran rango de diámetros (1 mm a 19 mm) y

longitudes (7.6 cm a 365 cm), además cuenta con gran variedad de: cabezas de

visión (directa, ángulo recto, delantera oblicua o retrospectiva), amplificaciones y

campos de vista (Fig. 4.13). Tienen como mayor ventaja que puede Identificar

fallas tan pequeñas como 0.0005" (0.0127mm).

Fig. 4.13 Endoscopio rígido

ENDOscopíA EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA (MC!):

Se utiliza esta técnica en simples inspecciones a los componentes, en busca de:

desperfectos, grietas, rebabas, desgastes, perforaciones. Se centra

principalmente en el estudio de los fenómenos físicos y químicos que ocurren

dentro de la cámara de combustión.

Utiliza el siguiente procedimiento para el estudio del desgaste dentro de la cámara

de combustión: Se deben utilizar ventanas, pequeñas secciones transparentes de

cuarzo, Perspex o vidrio, aunque para ventanas muy pequeñas también se utiliza

zafiro. Las ventanas son montadas en la cabeza, paredes y corona del cilindro, se

usan espejos para reflejar la imagen fuera del motor y posteriormente procesarlas

tal como se muestra en la Fig. 4.14.


Inyector

78

Culata

Ventana delanilloretenedor

Piston

Espejo

Ventana de la cabezadel pistón

Espejo

Imagenbaja

ACCESO ÓPTICO A UN MOTOR DIESEL

Fig. 4.14 Detalle del montaje y ventanas sobre la cámara de combustión para un estudio

endoscópico.

Sondas del tipo óptico-óptico:

Se usan fibras ópticas protegidas para soportar las elevadas presiones y

temperaturas de la cámara de combustión. Éstas pueden ser introducidas

a través de: La empacadura de culata del cilindro modificada, el pistón, las

paredes o la culata.

Las sondas ópticas se pueden construir dentro de las bujías, Fig. 4.15, o a través

de los sistemas de inyección para los motores diesel [22]. Se pueden utilizar una o

más sondas a la vez.


Fiber Optic Spark Plug

11111111

79

En el eleclrodo central se muestra la instalaciónde la fibra óptica

FclD¡roifIa Iluslrada del_dev!slóndelafibra OpIica. la.imagenos son _dasen 4 pionas

Fig. 4.15 Instalación de una fibra óptica sobre una bujía.

4.3.2. Análisis fractal.

Según K. Shirriff, un fractal es una forma geométrica áspera o fragmentada que

puede subdividirse en partes cada una de las cuales es (por lo menos

aproximadamente) una copia de tamaño reducido del todo. Se refiere a objetos y

estructuras cuya construcción, crecimiento o forma responde a reglas irregulares o

de fragmentación. Estas estructuras pueden ser caracterizadas por una dimensión

fractal, que es diferente a la dimensión topológica y normalmente fracciona!. Los

fractales son generalmente similares a sí mismos e independientes de la escala.

Por otra parte desde el punto de vista matemático, los fractales son cuadros que

resultan de las iteraciones de ecuaciones no lineales, normalmente en una vuelta

de la regeneración. Los gráficos de estos puntos producen imágenes y de estos se

desprenden dos propiedades importantes de los fractales:

- Similitud consigo mismos (self-similar)

- Dimensiones fraccionarias

Esta definición permite utilizar el concepto de dimensión fractal para la

caracterización de diversos objetos en la naturaleza, los cuales generalmente son

caóticos. El análisis fractal proporciona una descripción cualitativa de cómo el

espacio es ocupado por una estructura irregular, así el análisis fractal permite

comprender los sofisticados mecanismos de influencia que la morfología ejerce en

el comportamiento de la naturaleza y extiende considerablemente la posibilidad de


explicar diversos fenómenos naturales [23].

Últimamente el análisis fractal se aplica con enorme éxito en mecánica de sólidos,

de tal manera que ahora se puede hablar sobre una nueva disciplina científica

llamada Mecánica Fractal del Sólido.

Aplicaciones:

Mecánica de materiales estructurales con microestructura multifractal.

Mecánica de las grietas auto-afines.

Mecánica de la fractura estadística.

Flujos multifásicos en medios porosos.

Análisis fractal v partículas contaminantes en aceites sin usar.

Frecuentemente se ha encontrado que incluso aceites lubricantes sin usar

contienen partículas metálicas y no metálicas en ciertas cantidades. Al ser

introducido en un sistema, pudiera causar corte de las superficies en contacto y en

algunos casos afectarían seriamente el comportamiento de la maquinaria.Para

demostrar esto, se realizó un estudio con el objetivo de examinar la

contaminación de los nuevos aceites lubricantes y de esta manera encontrar las

partículas contaminantes típicas y caracterizarlas por una descripción numérica.

Las partículas se originan debido a procesos "caóticos". Por tanto, la morfología de

la mayoría de ellas puede ser caracterizada adecuadamente por el método del

análisis fractal. La aplicación de la dimensión fractal para caracterizar la

morfología de las partículas ofrece una posibilidad de reducir la necesidad de

especialistas en el proceso de valoración de partículas.

En un estudio llevado a cabo por varios investigadores [24] también se aplicó la

técnica de ferrografía analítica para extraer las partículas, sepáralas y depositarlas

en envases de vidrio. Luego se examinó la morfología de las partículas metálicas y

no metálicas depositadas en los ferrogramas por medio de microscopio óptico

con luz bicromática y se determinó la composición química de cada tipo de

partícula a través de un análisis de energía de dispersión de rayos X.

Los micrográficos fueron luego procesados por un sistema de análisis de

imágenes por computadora (SEM) y se determinaron las dimensiones fractales de

contaminación aérea. El origen de las partículas metálicas es más difícil de


CAPITULO V: METODOLOGíA DE DIAGNOSTICO DEL

DESGASTE DEL MOrOR MEDIANTE ANÁLISIS DE ACEITE.

5.1 INTRODUCCiÓN

En empresas de transporte con alto número de vehículos constituye un factor muy

importante a tener en consideración el mantenimiento que se lleva a cabo a sus

unidades. El desarrollo de un plan de mantenimiento predictivo aporta grandes

ventajas sobre otros tipos de mantenimiento, ya que persigue como objetivo el

anticiparse a la falla, evitando la avería, y optimizando el periodo del cambio de

piezas. Este objetivo da como resultado un aumento en la seguridad del vehículo y

una disminución de los costos tanto por reducción de reparaciones como por el

aumento de la vida útil del motor, además de ventajas sociales como la

disminución de consumos o de contaminación.

Para poder predecir fallas es necesario realizar un seguimiento periódico de los

síntomas del motor, de forma que se puedan apreciar cambios en su

comportamiento. Basado en este seguimiento, se puede conseguir un diagnóstico

adecuado sobre las causas de las posibles variaciones del síntoma, así como, que

tipo de falla se puede originar de este comportamiento y el modo de afrontarla,

todo ello antes de que se produzca la falla catastrófica.

En general los equipos empleados para el seguimiento suelen ser costosos y

requieren de personal calificado tanto para el manejo como para la interpretación

de los resultados obtenidos. Por tanto, los altos costos que supone la obtención de

un diagnóstico del estado del motor utilizando tales técnicas hace que su uso no

se justifique excepto en el caso de grandes flotas de vehículos.

La técnica del diagnóstico por análisis de lubricante es una herramienta muy

potente por la gran cantidad de información que se obtiene sobre el motor en

estudio [24]. Dado que se trata de una técnica que requiere la extracción del

componente a medir (lubricante), no es necesario que se lleven los equipos a la

empresa donde se encuentran los motores, sino que puede centralizarse en un

laboratorio especializado que dé servicio a múltiples flotillas de motores,

ofreciendo una solución económicamente rentable para las empresas.

Metodología de diagnostico del desgaste del motor mediante A.A 83

Los análisis de aceite se basan tanto en la determinación de las impurezas que se

encuentran en él, como en la cuantificación de la variación de sus propiedades

[25]. Interpretando dichas variaciones y relacionándolas con sus posibles causas,

se puede llegar a la predicción de averías.[26]

Ahora bien, en los párrafos anteriores referentes al análisis de aceite se ha hecho

alusión a términos como síntoma, falla, predicción de falla y diagnóstico de falla

entre otros, que a continuación se definirán ya que serán de uso frecuente a lo

largo de este capítulo.

Falla: Se define como el evento que produce un determinado efecto sobre una

máquina [27]. Sin embargo desde el punto de vista del diagnóstico no es lo más

significativo el evento, sino la condición previa que lo caracteriza y que permite

identificarlo y actuar sobre él.

Se puede establecer bajo esta premisa que, la falla es la finalización de la

capacidad de una máquina, sistema o elemento para realizar la función para la

cual ha sido diseñada.

Muchos autores no distinguen la diferencia entre los conceptos de falla y avería

por lo tanto, se utilizarán como sinónimos e indistintamente.

Síntoma: Es la manifestación externa del estado de un motor o sistema o del

funcionamiento de sus componentes, por lo que constituye la base fundamental de

todo proceso de diagnóstico, ya que, de su identificación, medición y correlación

con las fallas depende la realización de un buen diagnóstico.

Predicción de fallas: Es la medición sistemática y el análisis de tendencias de los

síntomas con el fin de evaluar su estado actual y predecir la probabilidad futura de

fallas.

Diagnóstico de fallas: Es el proceso de detección de síntomas, evaluación de su

condición actual y determinación de las causas de anomalía en un motor.

5.2. PROCESO DE DIAGNÓSTICO MEDIANTE ANÁLISIS DE ACEITE

En el proceso de diagnóstico del desgaste del motor a partir del análisis de aceite

usado es importante determinar el modo de funcionamiento del laboratorio donde

se van a realizar los análisis, y por tanto los flujos de información que se van a


manejar y que formarán el conjunto de variables con las que trabajará el sistema.

Las etapas para obtener un diagnóstico del desgaste del motor mediante análisis

de aceite que involucran tanto al laboratorio como a la empresa propietaria de la

flota, son las siguientes:

1. Toma de muestras: Se lleva a cabo directamente en la empresa o donde se

encuentra el motor, por cualquiera de sus operarios, bajo las condiciones que a

continuación se enumeran:

- Establecer el lugar de la toma de la muestra, ya sea por el orificio de vaciado

del cárter o a través del tubo de medida de nivel, y realizar la toma siempre

en el mismo lugar, utilizando además el material adecuado, por ejemplo una

jeringuilla de extracción. El recipiente donde se va a guardar la muestra de

aceite debe estar limpio para no contaminar el aceite.

- Tener en cuenta la temperatura a la que se toma la muestra, preferiblemente

con el motor caliente. Tanto el lugar de la toma de la muestra como la

temperatura en que se realiza la misma son condiciones que no afectan

mucho a las medidas tomadas en el proceso de análisis, sin embargo, es

mejor definir una toma sistemática y realizar el proceso siguiendo siempre los

mismos parámetros.

- Considerar el período de tiempo transcurrido entre la toma de la muestra y el

momento de su análisis, ya que esta condición es capaz de producir altas

variaciones en las medidas obtenidas. Realizando medidas con diferencia de

tiempo de una semana sobre la misma muestra, se ha demostrado [28] que

las medidas obtenidas sobre la muestra después de la tercera semana

presentan variaciones en sus concentraciones metálicas superiores o del

orden del 6%. Así pues, es recomendable que se realicen los análisis durante

las tres primeras semanas siguientes a la toma de la muestra para garantizar

los resultados obtenidos.

- Por último, identificar completamente las muestras con todos los datos

referentes a ellas y al tipo de motor y vehículo del que proceden para su

respectivo envío al laboratorio.

2. Recepción de las muestras en el laboratorio: Cuando la muestra llega al


laboratorio de análisis, entra a formar parte del sistema que realiza el proceso

de diagnóstico. Para ello, se informa a dicho sistema de la llegada de la

muestra de aceite usado y se le da de alta introduciendo los datos que la

identifican junto con la información del motor, que la acompaña. Una vez el

sistema tiene la información de las muestras recibidas, están listas para los

análisis correspondientes.

3. Análisis: Esta tarea es el núcleo del trabajo de laboratorio, y consistirá en la

realización a la muestra, de los análisis físicos y físico - químicos adecuados.

4. Interpretación de resultados: Los resultados del análisis son el punto de

partida del proceso de interpretación de resultados, que sin embargo, no son

los suficientes para ello. Esto es así porque los valores analíticos antes de ser

comparados con un sistema de referencia, deben ser corregidos de forma que

se tengan en cuenta condiciones tales como la edad del motor, las condiciones

de servicio, el tiempo de funcionamiento del aceite, etc., todas ellas influyentes

en el mayor o menor deterioro del aceite.

La información proveniente de los resultados de los análisis de las muestras se

almacena en una base de datos estable, que permite obtener mediante

tratamiento estadístico, los valores de las concentraciones metálicas

consideradas como normales, que son las que se utilizan como referencia para

comparar y caracterizar las concentraciones corregidas de cada uno de los

metales de desgaste que se consideren.

Dependiendo de los valores obtenidos por la caracterización y utilizando el

conocimiento de los expertos se logra diagnosticar el desgaste de las partes

del motor.

Por último, mediante el uso de las herramientas informáticas, el sistema de

diagnóstico que se presenta trata de reproducir algorítmicamente el razonamiento

que haría un grupo de expertos en aceite con toda la información detallada.

Para cada muestra analizada el sistema debe realizar el siguiente tratamiento:

1.- Corrección de las concentraciones medidas.

11.- Obtención de las concentraciones de referencia

111.- Evaluación mediante la asignación de índices.


IV.- Actualización de las concentraciones de referencia.

v.- Obtención del diagnóstico.

5.3 CORRECCiÓN DE LAS CONCENTRACIONES METÁLICAS MEDIDAS:

Es necesario hacer un tratamiento previo a los resultados de los análisis de

laboratorio, ya que estos no expresan la contaminación real del aceite debido a

que están afectados por un conjunto de factores que en general los disminuyen.

Los factores que afectan las concentraciones metálicas medidas en el laboratorio

son:

• Técnicas de medición

• Sílice externo.

• Añadidos y consumo de aceite

• Filtro de aceite

• Composición del aceite

• Tiempo de servicio del aceite

El tratamiento previo a realizar consiste en calcular las concentraciones corregidas

que se suponen deberían existir en el aceite si no existieran los factores

mencionados.

Influencia de las técnicas de medición:

Los equipos utilizados para analizar el aceite y la técnica de medición empleada

introducen errores en las concentraciones medidas, si bien son intrínsecos a los

propios equipos, el no considerar su influencia puede llevar a una evaluación y

posterior diagnóstico erróneo del estado del motor.

Para corregir este error es necesario conocer la distribución de las partículas del

aceite, el mecanismo de desgaste, etc., los cuales no se pueden establecer con

anterioridad imposibilitando la corrección. Sin embargo, en la práctica se puede

suponer siempre y cuando las medidas se hagan con el mismo equipo que el

error es sistemático, por lo que su influencia sobre la velocidad de contaminación

es nula [29].

Influencia del Silicio externo:

El Silicio se trata de manera diferente a los demás elementos de desgaste porque


proviene principalmente del exterior del motor y en menor cantidad del desgaste

interno del mismo. Por lo tanto, se debe determinar qué parte de la cantidad

medida es originada por el desgaste interno del motor o cual procede del exterior.

Un análisis estadístico realizado sobre la base de datos utilizada en el desarrollo

de este trabajo arrojó que el desgaste provocado por el silicio interno es constante

para motores con desgaste normal. Sin embargo, es imposible saber cuando un

aumento de la concentración medida se deba a desgaste anormal o a

contaminación externa por lo que se utilizará como criterio lógico de evaluación el

preguntar acerca del lugar de trabajo donde se encuentra operando el motor y

suponer que si el aumento de la concentración es pequeño y el ambiente no es

arenoso, es debido u originado por desgaste interno y si es grande y arenoso el

ambiente lo es por contaminación externa.

Internamente el silicio puede provenir de diversas fuentes:

• Desgaste de anillos, camisas, pistones.

• Utilización de materiales para juntas a base de compuestos de siliconas.

• Aditivos antiespumantes de ciertos aceites.

Influencia de los añadidos, consumo, filtrado y composición del aceite:

Los añadidos de aceite, debido al consumo interno o a las fugas, afectan

considerablemente las concentraciones por lo que es necesario compensar su efedo

sobre los resultados del análisis.

Cuando se produce el consumo de aceite es de suponer que los contaminantes que

pueda tener el aceite no se ven afectados por este hecho, por lo que la

concentración del lubricante que pennanece en el cárter no varía, pero su volumen

total disminuye; esto implica, si no se repone este aceite, que un nuevo aporte de

partículas producirá una mayor concentración de la que se tendría si no hubiera

consumo. Por la reposición a través de los añadidos del aceite nuevo se produce un

efedo de dilución, que reduce la concentración.

Otra influencia que se debe considerar es la del filtro de aceite ya que dependiendo

de su eficiencia de retención, puede captar una cantidad importante de partículas.

Actualmente la eficiencia de retención es superior al 90% para partículas de tamaños

superiores a 1O~ [30]


Para obtener las concentraciones corregidas es necesario utilizar un modelo de

desgaste que permita calcular la velocidad de contaminación del aceite y el

desgaste del motor.

5.4. MODELO DEL DESGASTE

Los estudios que se han publicado con relación al seguimiento de motores

mediante análisis de aceite, tanto en el laboratorio como en el campo, en especial

los realizados en motores de autobuses de transporte humano, demuestran que la

contaminación del aceite aumenta en forma lineal o en forma aproximadamente

exponencial con el uso del aceite. En el primer caso la velocidad de contaminación

es constante y en el segundo caso es una función exponencial.

Para poder establecer el modelo del desgaste se citarán algunos autores, que se

han encargado del estudio de este fenómeno. En 1982 Hubert [31] publicó un

estudio sobre la medición y modelado de la velocidad de contaminación y la

eficiencia del filtro de aceite en motores diesel donde presentaba un modelo

matemático para predecir el comportamiento de las concentraciones en el cárter.

A partir de un balance másico del sistema obtuvo la siguiente expresión:

( J-eQtm - m

C(t) = Ca - bQ e v + bQ (5.1 )

Donde: C(t): es la concentración en el cárter después de un tiempo t, en mgll,

Ca: es la concentración de partículas en el cárter para un tiempo t=O, en

mg/l.

m: es la velocidad de contaminación, en mg/min.,

Q: es el caudal volumétrico de aceite que recorre el sistema de

lubricación, en I/min.,

V: es el volumen total de lubricante contenido en el cárter, en 1.

E: es la eficiencia del filtro

Según este modelo, la concentración del aceite varía exponencialmente

alcanzando una concentración de equilibrio dinámico, Ceq, cuando la velocidad de


contaminación es igual a la velocidad de pérdida de contaminantes; su valor

obtenido para t= 00 en la Ec. 5.1 es:

mCeq =-

sQ(5.2)

La concentración de equilibrio es directamente proporcional a la velocidad de

contaminación e inversamente proporcional a la eficiencia del filtro y al flujo

volumétrico del aceite. En la Fig. 5.1 se presenta el diagrama de la línea de

concentración según la ecuación de Hubert.

400

Concentración deequilibrio

~ 300

lierJ1]O [min]

ConcenlJaci6n enel instante t

100

Concentración inicial

_8.-------------------,EQ.86e'Oü4I!-e82eouO+------r-------,-------r-------l

O

Fig. 5.1.- Variación de la concentración según el modelo de Hubert. (Jonson y Hubert, 1983)

En 1994. Fygueroa [29], presenta un modelo más real para calcular la velocidad

de contaminación del aceite y el desgaste del motor basado en el propuesto por

Espinoza [33], que considera la influencia combinada del filtro, consumo, añadidos

y la composición del aceite limpio. Efectuó un análisis similar al usado por Hubert

suponiendo una velocidad de contaminación constante. Este modelo

esquematizado en la Fig. 5.2, donde se representan los flujos de aceite dentro del

motor utiliza las siguientes suposiciones:

• Las partículas de desgaste se mezclan homogénea e instantáneamente con el

lubricante.


F

90

p {M

í-----~-----I

I L II RItro I II Qf I

I II I ~ Os

~ CARTER I+-+ f'1 VD I---t--. --¡--+ s

I II IL ~

(5.3)

Fig. 5.2.- Flujos de aceite en el modelo utilizado por Fygueroa.

• El volumen de aceite acumulado por el filtro es cero (O).

• Las pérdidas de aceite son a caudal constante e igual al de los añadidos.

• El caudal de aceite que circula a través del filtro, el volumen total del lubricante

y el rendimiento del filtro no varían con el tiempo.

• La velocidad de contaminación es independiente del tiempo.

Al aplicar la ecuación de la conservación de la masa para el sistema se obtiene la

siguiente expresión:

dm-=P-F-Sdt

Para este modelo la velocidad de contaminación del aceite Pes:

(5.4)

Donde: M = Velocidad de contaminación por desgaste, en mg/min.

Ca = Concentración metálica del aceite nuevo en ppm.

QA = Caudal volumétrico promedio de aceite añadido, por unidad de


tiempo. en I/min.

OA = AJt, donde A es el volumen total de aceite añadido, durante el

tiempo t de permanencia del aceite.

Ca OA = Velocidad de contaminación por el aceite añadido, en mg/min.

Puesto el caudal que circula por el filtro no varía, la velocidad de pérdida de masa

de contaminantes por consumo de aceite es:

S = QAm

(5.5)Vo

y como la velocidad de retención del filtro F, está dada por:

F = d2¡mVo

(5.6)

Donde: E= Rendimiento del filtro.

Of = Caudal volumétrico promedio del lubricante que circula por el filtro,

en I/min.

Vo = Volumen total en el cárter, en 1.

al reemplazar estas ecuaciones en la ecuación de conservación de la energía para

el sistema y despejando se obtiene la expresión general que gobierna el proceso

de contaminación del aceite por partículas sólidas:

dm-+Zm-P=Odt

donde:

(5.7)

eQ¡+QAZm = m = Velocidad de pérdida total de masa del contaminantes. (5.8)

Vo

dm

dtDiferencia de masa de contaminantes metálicos respecto al tiempo.


la Ec. 5.7 es una ecuación diferencial lineal del primer orden de coeficientes

constantes (P y Z) cuya solución es:

e e -zt P(1- e-zr )= oe +----

QA

donde C = Concentración metálica medida en la muestra, en ppm.

Co= Concentración metálica inicial del baño de aceite.

(5.9)

Considerando que la concentración medida Cm (obtenida en el laboratorio), es

igual a la concentración C al cabo del tiempo t, se puede obtener la expresión

general para las concentraciones corregidas de la forma:

(5.10)

Esta ecuación calcula el valor de la concentración en el cárter teniendo en cuenta

los efectos combinados de consumo, añadidos, filtro y composición del aceite

cuando la velocidad de contaminación es constante.

En estudios efectuados por Fygueroa [29], demostró que el efecto del filtro es

despreciable por esta razón si se hace E =0, Y se sustituye en la Ec. 5.8 se

obtiene:

Z=ºA =~Vo tVo

y por lo tanto la Ec. 5.10 pasa a ser de la forma:

(5.11 )

A

(c -Ce va)m O -c

A a

V;1- e °

(5.12)

Esta expresión es la recomendada [34] para calcular la concentración corregida

teniendo en cuenta los añadidos y la composición del aceite limpio, despreciando


la influencia del filtro y considerando la velocidad de contaminación constante.

El modelo que se utiliza en la presente tesis, para corregir las concentraciones

medidas, derivado del anterior se describe a continuación y será el usado por el

bloque de cálculo del sistema informático que se propone más adelante.

Se emplean las mismas suposiciones del modelo propuesto por Fygueroa, para

tener en cuenta la influencia combinada del filtro, consumo, añadidos y la

composición del aceite limpio, pero a diferencia de éste se supone una velocidad

de contaminación exponencial [33], de la forma siguiente:

(5.13)

En este caso la Ec. 5.7 para velocidad de contaminación variando

exponencialmente queda de la forma:

_dm_(,--t) + Zm(t) = P(t)dt

(5.14)

Resolviendo esta ecuación diferencial de primer orden se obtiene la siguiente

expresión:

t t

JZdl 1 JZdl

m(t)eO =fP(t)eO dt +eo

Donde: m(t)= masa de contaminantes sólidos en el instante t

Z= velocidad de pérdida total de masa de contaminantes.

P(t)= velocidad de contaminación del aceite.

(5.15)

Dividiendo la Ec. 5.14 por Vo para obtener concentraciones y sustituyendo la

velocidad de contaminación de la Ec. 5.13 se tiene:

t

Cm(t)eZl = fCmoBeBlél dt +C

o

que al integrar queda como sigue:

(5.16)


(5.17)

El valor de la constante de integración (C), se obtiene utilizando la condición inicial

que establece que para t=O, la concentración Cm (to) = Cmo, por tanto:

(5.18)

Sustituyendo el valor de C y despejando Cm(t), se tiene la función que expresa la

variación de la concentración con el tiempo en presencia de fugas, añadidos, filtro

de aceite cuando la velocidad de contaminación varia exponencialmente:

C () CmoB r BI -ZI] Cm t = Le -e + moB+Z

(5.19)

La exponencial e-Zt del lado derecho de la Ec. 5.19 tiende rápidamente a cero para

los valores normales de rendimiento y caudal del filtro de aceite, por lo que la

concentración se puede expresar mediante la siguiente expresión:

Cm B BCm(t) = o e l +Cmo

B+Z(5.20)

En la Ec. 5.20 la concentración Cm(t) es conocida, ya que se mide, por lo tanto se

la puede utilizar para calcular B, y luego encontrar la concentración corregida con

la expresión:

(5.21 )

Donde: Cc(t)= es la concentración corregida para un tiempo t.

Cmo= es la concentración inicial del aceite nuevo.

B= factor conseguido aplicando la Ec. 5.20

El modelo propuesto para calcular la velocidad de contaminación y las

concentraciones corregidas, se validó utilizando los resultados obtenidos en un

ensayo ideado por Fygueroa, para validar su modelo, quien observó que los


valores calculados con su modelo se acercaban mucho a los experimentales y que

el error máximo cometido es del orden del 6% por lo que consideró que el modelo

se ajustaba a la realidad.

Ahora bien, bajo el modelo propuesto y utilizado en la presente tesis se observó

que los valores calculados se acercaban en su totalidad a los experimentales con

un error máximo cometido del orden del 1%, lo cual valida las Ecs. 5.20 y 5.21,

que por tanto, se pueden utilizar para corregir las concentraciones de los

contaminantes metálicos.

En la Fig. 5.3 se muestra la comparación de los resultados de la experiencia de

Fygueroa y las concentraciones calculadas para modelo presentado en el trabajo

para el elemento hierro.

- Experimentales

- Mldelo Propuesto

fIfodelo de Fygueroa

205 10 15

TIempo [min]

E 100CLS; \e~ 90CII

"e~ 80l!!e88 70+------,-------,---,-------,u

O

Fig. 5.3.- Comparación de la variación de las concentraciones con el tiempo, entre el modelo

de Fygueroa y el propuesto.

Influencia del tiempo de servicio del aceite: con respecto a la relación existente

entre la concentración de elementos metálicos del aceite y sus kilómetros de

servicio, es evidente que, para un desgaste normal, la primera aumente

directamente con los segundos; este crecimiento es exponencial ya que el

aumento del número de partículas metálicas en el lubricante producen un

desgaste que a su vez genera más partículas de desgaste, las cuales al mismo

tiempo generan más desgaste y así sucesivamente, de tal forma que el efecto es

más acusado a medida que aumentan los kilómetros de utilización. Este


comportamiento exponencial se ve contrarrestado por los añadidos de aceite

nuevo que al diluir el lubricante reduce la concentración de partículas, de manera

que el comportamiento resultante es lineal (especialmente si no se prolonga

excesivamente el servicio del aceite) de la forma:

Ccl = K¡ =K (5.22)C

c2K

2a

donde: Cc1 y Cci Concentraciones compensadas de un mismo metal presentes en

el aceite.

K1: kilómetros de referencia (primer cambio de aceite declarado para el

motor).

K2: kilómetros de aceite de la muestra analizada.

De esta expresión se puede evidenciar que cuando los kilómetros de referencia

(K1) son menores a los kilómetros de la muestra analizada la Concentración

corregida (Ce) disminuye; en caso contrario aumenta.

5.5 CONCENTRACIONES DE REFERENCIA:

Para poder establecer el grado de contaminación del aceite por partículas

metálicas es necesario evaluar las concentraciones metálicas corregidas, lo que

implica la comparación de estos valores con los que se consideran como

normales. Puesto que no existe ningún acuerdo respecto a una escala absoluta de

evaluación de las muestras, es de uso corriente calificar los resultados corregidos

con frases como alto, medio, bajo; o niveles como poco, medio, elevado: El criterio

para asignar las frases o niveles consiste en comparar los valores corregidos y

calificarlos según sean múltiplos de los valores considerados como normales, que

en adelante se denominarán concentraciones de referencia.

5.5.1 Obtención de las concentraciones de referencia:

Las concentraciones de referencia se deben obtener mediante el estudio

estadístico de una población de motores suficientemente numerosa para que sea

totalmente representativa de todos sus tipos y modelos. En la elaboración del


presente trabajo se utilizaron las concentraciones obtenidas de una base de datos

contentiva de los resultados de aproximadamente 10.000 muestras de aceite

usado, suministrada por el grupo CMT de la Universidad Politécnica de Valencia.

El procedimiento seguido para obtener las concentraciones de referencia consta

de 3 etapas:

• Investigación preliminar: Mediante diagramas de caja y bigotes (box-whisker)

como el de la Fig. 5.4 se pone de manifiesto para cada población (elemento de

desgaste) hasta qué valor de concentración se puede ajustar una distribución

normal con una serie de puntos anómalos situados a la derecha y a la izquierda de

los bigotes, que por su calidad podrán ser desechados.

0.0 100.0 200.0 300.0 400.0

Concentración de hierro [ ppm]

Fig. 5.4 Diagrama de caja y bigotes para la concentración de hierro

• Investigación complementaria: utilizando por ejemplo un diagrama

probabilístico normal de la población o de su logaritmo, el cual se ajuste a la gran

mayoría de la población como se presenta en la Fig. 5.5; en el se observa que la

distribución es de tipo log-normal porque la regresión del diagrama probabilístico

del logaritmo de la concentración se ajusta a una recta.


• Verificación: por medio de un histograma de frecuencias como el presentado

en la Fig. 5.6 se observa qué tan bien se ajusta la población a la distribución

propuesta.

En la investigación se pone de manifiesto que la población está representada en

su totalidad por una distribución lag-normal independiente del elemento

considerado. Por esta razón es de esperarse que el comportamiento de la gran

mayoría de la población de muestras de aceite usado sea el mismo para cualquier

metal considerado, es decir, que se ajuste con igual bondad al mismo tipo de

distribución poblacional.

99.9

99

o 95'a..!:::J 80E:::Jo 50ceCD.....

20SeCDe 5oQ.

1

0.1

-0.4 1.6 3.6 5.6 7.6

Log (concentración de Hierro)

Fig. 5.5 Diagrama probabilístico del hierro

Metodología de diagnostico del desgaste del motor mediante A.A

300-..e:::1oO

200

99

100

oo 40 80 120 160 200 240 280 320 360

Concentración de hierro (ppm].

Fig. 5.6 Histograma de frecuencias del hierro

5.5.2 Tipos de concentraciones de referencia:

Las concentraciones de referencia según la población sobre la cual se efectúa el

estudio estadístico, pueden ser de algunos de los siguientes tipos:

Concentración de referencia global: Es la correspondiente a toda la población de

muestras de aceite analizadas espectrométricamente. Tiene en cuenta todas las

marcas, modelos y motores a los que pertenecen a las muestras.

Concentración de referencia por marca: Es menos genérica que la anterior y

corresponde a una población de muestras de motores de un mismo fabricante. De

esta manera se obtiene un tipo menos general de referencia con la que comparar

los contenidos metálicos pertenecientes a una marca determinada.

Concentración de referencia de modelo: Se refiere a todas las muestras de un

mismo modelo de motor para poder tener en cuenta la existencia de distintos

modelos de motor pertenecientes a vehículos provenientes de un mismo

fabricante, ya que cada modelo posee unas características constructivas

específicas.


Concentración de referencia del motor: Es la correspondiente a un motor

específico, se obtiene a partir de sus propias muestras y se utiliza para comparar

las muestras de aceite pertenecientes a un mismo motor.

GLOBAL

MOTOR I

Fig. 5.7: Tipos de referencias.

Las concentraciones de referencia del motor representan el desgaste normal de

un motor particular y se usan para comparar y calificar las concentraciones que se

obtienen de sus muestras.

Las concentraciones de referencia más genéricas son el punto de partida de la

concentración de referencia de un motor particular. Cuando se analizan muestras

de un motor por primera vez, se les asigna como concentración de referencia la de

su modelo; de no existir o conocerse ésta, se les asigna la de su marca; y si ésta

tampoco se conoce o existe, se les atribuye la global. Las concentraciones de

referencia serán más generales a medida que disminuye la información sobre el

motor cuyo aceite de analiza, como se muestra en la Fig. 5.7.

5.5.3 Actualización de la concentración de referencia:

La idea de actualizar las concentraciones de referencia, se fundamenta en el

hecho de que al cabo de cierto tiempo, cuando la tasa de partículas de desgaste


de un motor alcance un equilibrio dinámico, se estabilicen en un valor

determinado.

Con la actualización se pretende que una concentración de referencia se acerque

a un determinado valor de forma amortiguada o sin oscilaciones alrededor del

mismo. Para conseguir esto se puede utilizar para la actualización una expresión

de ponderación lineal convergente del tipo:

n

AR+ ¿ej

R'= j=1

A+n(5.23)

Donde: A= Coeficiente de ponderación de la última concentración de referencia;

representa el tamaño de la población hasta la última actualización.

R= Última concentración de referencia.

R'= Concentración de referencia actualizada.

n= Número de muestras analizadas para la actualización. A+n es el

tamaño de la población en el momento de actualizar.

Gj= Valor que se utiliza para la actualización (concentración corregida, de

referencia de motor, de modelo o de marca).

ACTUALIZACiÓN DE LAS CONCENTRACIONES DE REFERENCIA DE MOTOR:

Cuando se analiza una muestra en particular, los valores de sus contenidos

metálicos corregidos Y, se emplean para obtener una concentración de referencia

con la cual comparar la próxima muestra, para este caso la Ec. 5.23 queda:

R' =Al\+Yv A+l

(5.24)

donde R 'v= Concentración de referencia actualizada de motor.

Rv= Ultima concentración de referencia de motor.

El coeficiente de ponderación A puede tener un valor fijo o ir variando a medida

que el número de muestras del motor vaya aumentando. Estudios de análisis de


las influencias de las variaciones porcentuales de los valores corregidos sobre la

concentración de referencia [30], concluyeron que para que la concentración de

referencia siga el comportamiento de las muestras y al mismo tiempo se acerque a

un valor estable, el coeficiente de ponderación A debe permanecer invariable e

igual a 4.

ACTUALIZACiÓN DE LAS CONCENTRACIONES DE REFERENCIA DE MODELO:

La Ec. 5.23, en el caso de la actualización de esta concentración de referencia se

trasforma en:

B+n

N

B~+ IRvíR' = í=l

m (5.25)

donde R'm= Concentración de referencia de modelo.

RVf= Concentración de referencia de cada motor del mismo modelo.

n= Número de muestras del modelo analizadas en el último periodo.

Rm=Ultima concentración de referencia de modelo.

B= Coeficiente de ponderación de la población de muestras del modelo

que han sido analizadas.

Al igual que en el caso anterior el coeficiente B puede ser fijo o variable. Si es

variable y toma valores bajos, debido al carácter altamente sensible de la Ec.

5.25, puede que la concentración de referencia evolucione hacia un valor que no

es representativo de la población. Para la presente aplicación las referencias de

modelo se actualizarán cada 10 muestras analizadas correspondientes a un

mismo modelo de motor.

ACTUALIZACiÓN DE LA CONCENTRACIONES DE REFERENCIA POR MARCA:

La Ec. 5.25 en el caso de la actualización de la concentración de referencia de

marca queda de la forma:


N

¿BJ\n¡R - __1=--,-1__

M - N

LB¡1=1

103

(5.26)

donde B¡= Coeficiente de ponderación para el modelo i.

RmF Concentración de referencia del modelo i.

N= Número total de modelos de la misma marca.

Rm=Concentración de referencia de marca actualizada.

En el caso de la actualización por marca donde la población de muestras es más

genérica que las anteriores, se actualizará cada 50 muestras analizadas.

ACTUALIZACiÓN DE LAS CONCENTRACiÓN DE REFERENCIA GLOBAL

Para actualizar la concentración de referencia global, la Ec. 5.24 queda:

M

LC¡RM¡Ra = "-¡=-~--

LC¡j=1

(5.27)

donde RG=Concentración de referencia global actualizada.

Rm¡e Concentración de referencia de la marca j.

M= Número total de marcas.

C¡= Número total de motores de la misma marca.

Dado que esta referencia es la más genérica de todas y puesto que la variación de

la concentración de referencia con el tiempo es pequeña se tomó como criterio

actualizar cada 100 muestras analizadas.

5.6 CONCENTRACIONES LíMITES

Son los valores de las concentraciones que distinguen los contenidos de las

partículas en tres clases, se denominan: límite de alerta (L1) que separa las


concentraciones normales y las medias( valores por debajo del cual se encuentran

el 90% de la población); límite de alarma (L2) que separa las concentraciones

medias y altas (valores por debajo del cual se encuentran el 96% de la población).

ESCALA DE CARACTERIZACiÓN:

La escala de caracterización cuantitativa que se aplica en este estudio se

construye a partir de la diferencia relativa y de las concentraciones límites.

Diferencia relativa: para la caracterización de las concentraciones metálicas de las

muestras de aceite de motor se debe tener en cuenta la desviación respecto al

que se considera su desgaste normal, por esta razón se define un parámetro

adimensional de comparación Z que se llamará diferencia relativa, de la forma:

Y-RZ=-~

R

Donde: Y= Concentración corregida.

R= Concentración de referencia global.

DIFERENCIAS RELATIVAS LíMITES:

(5.28)

Son los valores de Z cuando se alcanzan las concentraciones límites L1 Y L2

Diferencia relativa de alerta Z ¡ = L¡ -1R

LDiferencia relativa de alarma Z 2 = _2 - 1

R

Fygueroa [33] demostró que estos valores son independientes del elemento de

desgaste considerado y estableció la diferencia relativa de alerta Z1 en 0,8; y la

diferencia relativa de alarma en 2.2, valores que se usan en este trabajo.

RANGO Y NIVEL DE LAS CONCENTRACIONES:

Para establecer los rangos para construir las escalas de evaluación cualitativa de

las muestras se emplean los valores de las diferencias relativas, de esta manera

se obtienen tres rangos que corresponden a diferentes niveles de desgaste:


LNORMAL: 2 < _1 -1; 2 < 0.8

R

L1 L2MEDIO: --1<2 <--1 0.8<2 <2.2R R

LALTO: Z > _2 -1 Z > 2.2

R

105

Para presentar la evaluación cualitativa de las concentraciones metálicas, se

pueden emplear: palabras, números, colores, figuras indicadoras, etc. En el

presente trabajo de grado se utilizarán palabras, índices y colores para establecer

de forma clara y sencilla el nivel de contenido de metales de desgaste; además se

usarán cinco niveles para lograr una mayor precisión en la caracterización. Tal y

como se presenta en la Tabla 5.1.

Tabla 5.1: caracterización cualitativa de los contenidos de metales de desgaste.

ESCALA NIVEL

PALABRAS NORMAL MODERADA MEDIA ELEVADA EXAGERADA

íNDICE 1 2 3 4 5

COLOR AZUL AMARILLO ROJO

Z=Y-Rv

Rm0.8 1.5 2.2 4

5.7 íNDICE GENERAL DE DESGASTE DEL MOTOR

Representa en forma general el estado de desgaste del motor cuyo aceite se

analiza; se usa para que el usuario tenga una visión rápida del estado de sus

motores; se obtiene por la combinación de los siete índices de caracterización de

los metales de desgaste.

En el anexo 1 se recogen todas las posibles combinaciones de los siete índices de

desgaste individual y los valores correspondientes del índice general de desgaste

del motor.


5.8 CLASIFICACiÓN DE LOS ELEMENTOS ESPECTROMÉTRICOS

106

Los contenidos metálicos de las muestras de aceite usado analizado se pueden

clasificar en tres tipos, según su procedencia: de partículas de desgaste, de

partículas contaminantes y de los aditivos del propio aceite. Aunque en el presente

trabajo solo se usaran las partículas de desgaste se presentan los elementos

pertenecientes a cada clase como se evidencia en la Tabla 5.2. Aunque los

elementos de desgaste son numerosos, los ocho listados son los más

sintomáticos del desgaste del motor y serán por tanto los que emplee el sistema

informático desarrollado más adelante (SISDAD).

Tabla 5.2: calcificación de los elementos espectrométricos

ELEMENTOS DE

DESGASTE

Aluminio

Cobre

Cromo

Estaño

Hierro

Níquel

Plomo

Silicio

ELEMENTOS DE

CONTAMINACiÓN

Bario

Boro

Silicio

Sodio

ELEMENTOS POR

ADITIVOS

Bario

Calcio

Silicio

Zinc

ORIGEN DE LOS ELEMENTOS DE DESGASTE

El desgaste puede provenir de varias partes del motor. En la Tabla 5.3 se indica

el origen más probable del material que se determina con el análisis

espectrométricos del aceite usado [34].


Tabla 5.3: Origen de los elementos espectrométricos en un motor diesel

107

Motor Aluminio Cobre Cromo Estaño Hierro Níquel Plomo Silicio

Cojinetes )( X X X

Bujes )( X x

Árbol de levas X

Refrigerante X X X

Cigüeñal X

Camisa X X

Válvula Escape X X X

Cojinetes anti-fricción X X

Empaquetaduras X

Gasolina X X

Carcasa )( X

Tierra X

Aditivo X

Enfriador de Aceite X

Bujes de bomba de )(

aceite

Bomba de aceite )( X

Pistones )( X

Anillos X X

Engranajes X

Turbo )( X X

Guías de válvulas X X X

Tren de válvulas X

Bujes de bielas x X X X

Bielas X

El desgaste puede provenir de varias partes de una transmisión manual. La

Tabla 5.4 indica el origen más probable del material que se detecta con el análisis

del aceite


Tabla 5.4 Origen de los elementos espectrométricos en trasmisiones manuales

108

Transmisiones Hierro Cobre Plomo Aluminio Silicio Cromo Estaño Sodio

Bujes '{ X

Embragues X . -ro.

Aditivo de X X XRefrigerante

Cojinetes anti-fricción X X

Engranajes X

Tierra X

Aditivo de Aceite X

Enfriador de Aceite X X

Bombas X X

El desgaste puede venir de varias partes de una transmisión automática. La

Tabla 5.5 indica el origen más probable del material que se detecta con el análisis

del aceite.

Tabla 5.5 origen de los elementos espectrométricos en trasmisiones automáticas

Transmisiones Automáticas Hierro Cobre Plomo Aluminio Silicio Cromo Estaño

Cojinetes X x y v

Bujes X

Aditivo de Refrigerante X X

Cojinetes anti-fricción X

Empaquetaduras X

Engranajes xTierra X

Ejes X

Válvulas X X

Sistema de diagnóstico automático para el desgaste en motores diesel 109

CAPITULO VI: SISTEMA DE DIAGNÓSTICO AUTOMÁTICO DEL

DESGASTE DE MOTORES DIESEL (SISDAD).

6.1 INTRODUCCiÓN

La gestión de mantenimiento hoy en día, específicamente en materia de análisis

de aceite se encuentra dirigida en su totalidad al desarrollo de herramientas

computacionales capaces de: adquirir y almacenar los conocimientos de expertos,

disminuir los tiempos de aplicación y generar mediante bases de datos registros

que permitan inferir modelos deterministicos o probabilísticos que anticipen

cualquier falla, aumentando la disponibilidad de los motores.

El Sistema de Diagnóstico Automático del Desgaste de Motores Diesel, se ha

concebido para predecir las fallas que se presentan en los motores, así como para

diagnosticar las posibles averías y las recomendaciones de verificación necesarias

provenientes de la recopilación de conocimientos de expertos en el área, y

además proporciona un histórico del comportamiento de los motores de cualquier

flotilla de una empresa, que permita establecer con mucha precisión los tiempos

de vida útil, disminuyendo considerablemente los gastos de mantenimiento.

6.2 ARQUITECTURA DEL SISDAD

Desde el punto de vista informático, el sistema diseñado, debe cumplir con los

siguientes propósitos fundamentales:

Almacenar todos los datos necesarios para el funcionamiento del sistema.

Sistematizar el cálculo de concentraciones corregidas e índices.

Asignar proposiciones de diagnóstico.

Generar una salida con los resultados de los análisis y del diagnóstico.

El registro de datos, el cálculo de las concentraciones corregidas, los índices y la

salida de resultados del análisis se efectúan con el sistema de análisis, la

asignación del diagnóstico y la emisión de la salida del correspondiente resultado se

Diagnostico del desgaste de motores diesel 110

llevan a cabo con el sistema de diagnóstico.

Para exponer el funcionamiento del sistema informático, se usará el diagrama de

flujo de datos que fue popularizado por DeMarco [35] y Sommerville [36] a través de

sus metodologías de análisis estructurado de sistemas. Los componentes del

sistema son:

Procesos: muestran lo que hace el sistema; tienen una o mas entradas y

salidas de datos; en los diagramas se representan mediante círculos

identificados con un número y su correspondiente nombre.

Tablas de base de datos: son divisiones pertenecientes a la base de datos,

en ellas se clasifican y ordenan los datos facilitando el manejo y la posterior

interrelación. Se representan por su nombre subrayado con línea

- Entidades externas: no pertenecen al sistema, pero proporcionan o utilizan

datos de el. Se representan como rectángulos nominados,

Flujo de datos: modela el movimiento de la información dentro del sistema.

Se representa con flechas etiquetadas con el nombre del flujo de datos.

6.2.1 Base de datos:

La información es el conocimiento transmisible, que ha de ser utilizado en

cualquier actividad humana. A medida que se toma conciencia del valor de la

información, se manifiesta la necesidad de impulsar la libre circulación de la

información. Las cualidades que debe poseer la información, y que hacen de ella

un recurso fundamental de las organizaciones y de los individuos, son:

Precisión: se puede definir como el porcentaje de información correcta

sobre la información total del sistema.

Oportunidad: se refiere al tiempo transcurrido desde el momento en que se

produjo el hecho que originó el dato hasta el momento en que la

información se pone a disposición del usuario.

Integridad: significa que ha de ser completa para poder cumplir sus fines.

5ignificatividad: ha de poseer el máximo contenido semántico posible, ya

que sin él no constituiría verdadera información. Esto lleva a que ha de ser

comprensible e interesante, lo que supone no proporcionar al usuario


grandes masas de información que por su volumen no puedan ser

asimiladas.

Coherencia: en sí misma, además de consistencia con las reglas

semánticas propias del mundo real al que ha de representar lo más

fielmente posible; esta cualidad se conoce en las bases de datos con el

nombre de integridad.

Seguridad: ha de estar protegida tanto frente a su deterioro -por causas

físicas o lógicas- como frente a accesos no autorizados.

Partiendo de esta premisa es que surge la importancia de las bases de datos que

según Elsmari [37], no son más que una 11 Colección de datos interrelacionados. Jl

Una base de datos (BO) debe tener las siguientes características:

- En primer lugar, una BO es un conjunto, colección o depósito de datos en un

soporte informático no volátil. Los datos están interrelacionados y

estructurados de acuerdo con un modelo capaz de recoger el máximo

contenido semántico. Oada la relevancia que tienen en el mundo real las

interrelaciones entre los datos, es imprescindible que la BO sea capaz de

almacenar estas interrelaciones.

- La redundancia de los datos debe ser controlada, de forma que no existan

duplicidades perjudiciales ni innecesarias, y que las redundancias físicas,

convenientes muchas veces a fin de responder a objetivos de eficiencia, sean

tratadas por el mismo sistema, de modo que no puedan producirse

inconsistencias.

- Las BO han de atender a múltiples usuarios y a diferentes aplicaciones.

- Otro aspecto importante de las BO es la independencia, tanto física como

lógica entre datos y tratamientos.

- La definición o descripción del conjunto de datos contenidos en la BO debe

ser única y estar integrada con los datos.

- La actualización y recuperación de los datos debe realizarse mediante

procesos bien determinados.

Diagnostico del desgaste de motores diesel

6.2.2 Base de datos del SISDAD:

112

Para la elaboración de la base de datos se utilizó información suministrada por el

grupo CMT de la Universidad Politécnica de Valencia (España) correspondiente a

cerca de 10.000 registros de pruebas realizadas a igual número de muestras de

aceite. Con esta información se diseñaron 10 tablas en las cuales se separó

convenientemente la información de la siguiente manera:

ACEITES: contiene el registro de aceites conocidos en el mercado con sus

características: marca, tipo, SAE, TBN, viscosidad a 40°C, viscosidad a 100°C,

punto de inflamación y grados API.

EMPRESA: contiene los datos de las empresas a las cuales se les prestará el

servicio: código, nombre, actividad, ubicación, teléfono, fax y correo.

INDICACIONES: contiene las expresiones para el diagnóstico, comentarios y

recomendaciones.

MOTORES: contiene características de identificación del motor como las son:

código, marca y modelo del motor.

MOTORES-MUESTRAS: contiene las características del motor al cual se presta el

servicio: código de muestra, uso del motor, unidad de uso del motor (kilómetros I

horas), uso del aceite, unidad de uso del aceite (kilómetros I horas), añadidos de

aceite, marca de aceite, tipo de aceite, número de SAE del aceite, capacidad del

cárter, lugar de trabajo, y modelo del motor.

MUESTRA: contiene las características de la muestra: Código del motor, código

de muestra, año, y fechas de toma de la muestra, de análisis de laboratorio y del

envío al SISDAD.

MUESTRADES: contiene los resultados de los análisis de desgaste: código de la

muestra, concentraciones medidas (Al, Cu, Sn, Cr, Fe, Ni, Pb, Si),

concentraciones corregidas, concentraciones de referencia, índices de desgaste e

índice general de desgaste del motor.

MUESTRAEDO: contiene las características del estado del aceite: código de

muestra, número SAE del aceite, y características de la degradación y

contaminación del aceite.


RESPONSABLE: contiene la identificación de la persona de contacto en la

empresa a la cual se le presta el servicio: código de la empresa, nombre del

responsable y teléfono del responsable.

TIPO MOTOR: contiene el registro de motores conocidos en el mercado con sus

características: marca, modelo, número de cilindros, diámetro del cilindro, carrera

del pistón, capacidad del cárter, tipo de admisión, uso, ambiente de servicio y las

concentraciones de referencia (Al, Cu, Sn, Cr, Fe, Ni, Pb, Si).

Las tablas anteriormente descritas interactúan entre sí, mediante una clave

principal, que para la base de datos es el código de la muestra y unas

relaciones lógicas tal y como lo muestra la fig. 6.1.

MARjIOTOR

COIUolOTORKMS_MOTORLNl_KMSKMS_ACEI1ELNl_ACEI1EAÑADIDOSMAR_ACETTTIP_ACETTSAECN'_CARTERLUGAlURAB

alDJU5II'ASAE -

MATCARBJ.LNl_MATCAROETER_LORliC_LAGUA_LINSOI._LTBI'UVlSCOS_LMATCARB_INOETERJNOn.OC_1NAGUA_IN

, INSOI._INTBN_INVISCOS_ININ2

. SI_IN

SI_LSCCc

alD.JU!SlR ..Al_MOJ_MSN~

CR_MFE_MNCMPIl_MSI~

AL...CcOJ_Cc51'CCcCR_CcFE_CeNCCcPIl_CeSI_CeAL_REFOJ_REFSN_REFCRJlEFFEJlEFNI_REFPIlJlEFSI_REFAl_1OJJ51'UCR_IFE_INI_IPB_ISI_I

MAR_MOTOR ""MODEL_MOT<II..M_CILOIAM_CILCARR_CILAOT_CARTADMISIONUSOAroeIENTf: ...

rc:~~-~;~---~i~_~

IMARACETT ..ITlPACEIT;SAE¡-,ITAN

IVlSC40IVlSCIOOiPIIE1CEt&JLAPI .,

Fig. 6.1 Diagrama de relaciones para las tablas de la base de datos de SISDAD.

6.3 SISTEMA DE ANÁLISIS

6.3.1 Gestión y procesamiento de datos

Como se estableció, el sistema debe gestionar los datos de:

Empresas y sus correspondientes responsables.

Características de los motores y aceites.

Muestras de laboratorio (concentraciones medidas).


Resultados de los análisis de cada muestra una vez efectuados los

tratamientos de: corrección, actualización de referencias y asignación de

índices.

6.3.2 Flujo de datos entre procesos

En el diagrama de la Fig. 6.2 se muestra el conjunto global de los procesos del

sistema y el flujo de datos entre ellos; se presentan las tablas de la base de datos

(Empresa, Motores, Aceites, Responsables, Muestrades) y se identifican los

procesos implicados (registrar datos medidos, organizar datos, obtener

concentraciones corregidas e índices, registrar empresas, motores y aceite, registrar

productos, elaborar informe de diagnóstico, comentarios y recomendaciones).

6.3.3 Descripción de los procesos:

1.- Registrar entrada.

Desde una entidad externa llamada Empresa se introducen los datos

característicos del usuario, y de la muestra junto con los resultados de los análisis

de las muestras. Estos valores son solicitados por una pantalla del programa y se

almacenan en la tabla MUESTRA DESGASTE; igualmente los datos del motor y

del aceite mediante el subproceso 1.2 se almacenan en la tabla MOTORES

MUESTRAS de la base de datos, como se presenta en el diagrama de la Fig. 6.3

2.- Obtener valores corregidos e índices.

Con los valores de concentraciones medidas, tomadas de la tabla de datos

MUESTRA DESGASTE Y los valores de capacidad de cárter y añadidos de la

tabla MOTORES-MUESTRAS, se calculan las concentraciones corregidas en el

subproceso 3.1, luego en el subproceso 3.2, con la concentraciones de referencia

ubicadas en la tabla TIPOMOTOR, se comparan y asignan los índices de

desgaste respectivos.

En el subproceso 3.3 se obtiene el índice general de desgaste del motor y en el

subproceso 3.4 se almacenan en la tabla MUESTRA DESGASTE. tanto los

índices por separado, de cada elemento de desgaste como el índice general de

desgaste del motor. Como se muestra en la Fig. 6.4

en

!Q)

~

~cg~

8"Q)

~~=:!"8'1:)

~Q)

~

~

~CI)(ji

~

~O~CI)

~~

w~t;t-«mC)

---{> W m~W:!:c

___-----jI Fabricantesexternos

Datos de motores

<J----(~ 5

Registrar::/

Datos muestra

RESPONSABLE

1

(./------'''' (~~,,\

1 \ 2'\ Datos muestra Datos muestra Obtener Concen-

(> Registrar,~ organizar datos~--{> raciones corregidaDatos medidos ) e

[ "":":~ ,-/ ~':...,"do d,' ,..U,. (~""'~;'") rií

,-- Dat.. d' """.~..".. ,ó..Umd.. ~

CIPO MOTOR

Empresa

4

RegistrarEmpresa yMotores(análisis)

EMPRESAMOTORES- I [

MUESTRA

Datos deEmpresa,Motores yacenes

-8"t:l:E !!!,9 E-0.2(1),=

ACEITES 1t>/ 6(Elaborar informe'

L----------------------Ir>/ de diagnóstico,comentrarios y

L ~ecomendaciones

"TI<p'enN"tiamoCIlQ.!!.CIl

IQ.IDDI:::J!!!:¡¡j'¡¡j'o<=.5,oiQ.

~

-4-4

0'1


1.1

I 1 Datos de[ Empresa análisis

¡ W/~ W

/ 1.2 \ o:::r datos del motor y 1---1>O...\ aceite I . O, J ~,.~

C>

w~ti... «

Introducir dato

1s 1-----1> U) C)

de la muestra W U)::JW~C

\:

C"\\Número 2 )

/~/

Fig. 6.3 Flujo de datos del proceso registrar entrada

1/~.

35"\

Generar ) <]I--D_a_to_s__--'Informe de Empresaresultados

~¿~~ resultados

EMPRESA I

Corregir losValores medidos

MUESTRADESGASTE

~'.

// Proceso\) Valores medidos

I Número 2

\ /~,,~ r

:~~~TIR:~_l:,,_ores_co_rr_eg_,dOs ---I I Valores Medidos, " ~ y corregidos

~32 \ MUESTRA

TIPO MOTOR -{> ASignar DESGASTE EMPRESAValores Indica )

~ /

]

:alores Corregidose Indicas

/ 33 Valores corregidos,(/ '-- Indicas, Indice de

(

Obtener desgaste del motor

Indica deDesgaste del~ Motor /J

~OSIOSI ~~~resdeI ~.s.gaste de la

~uestra

<}--(~:,~')~. -.---//

Fig.6.4 Flujo de datos del proceso obtener valores corregidos e índices.


Usando los datos almacenados en la tabla MUESTRA DESGASTE se genera el

informe de resultados de la muestra analizada, como lo evidencia el diagrama de

la Fig. 6.4

EMPRESA

Datos de laempresa

Datos delMotor y Aceite

Introducir }"Datos dely

Datosdel responsable

44

IntroducirDatos del

motor y acene

/

Datos delMotor y Aceíte

4.2

(Almacenar \

Datos /, de la empresa !

'" /~r

EMPRESA RESPONSABLE

/~

Almacenar )-------1[>MOTORES-\ Datos

\ Vehfculo MUESTRAS" /",~

Fig. 6.5 Flujo de datos del proceso registro de empresa, motor y aceite.

3.- Registro de empresa, motor y aceite.

De la entidad externa Empresa, como se muestra en la fig. 6.5, se obtienen los

datos de la empresa a la cual pertenece, el responsable, el tipo y marca del

motor, así como las del aceite que utiliza el motor y se almacenan en las tablas

EMPRESA, RESPONSABLE, Y MOTORES-MUESTRAS. Los datos de la

empresa que solicita el servicio mediante el subproceso 4.2, los del responsable

con el subproceso 4.3 y los datos del motor y aceite mediante el subproceso 4.5,


Datosdel Motor

Datos delAceite

FABRICANTES {:::"~'EXTERNOS I-----------j Tipo

~ Motor /

I

~/ 53 "\

(Introducir )

Caracterlsticas

\~Acelte /

Datos delAceite

~"

(

/ Alm:~nar \.\)TipoMotor í

~TMOTORES

/ 54 ."\

I \

(c:~~~ec;;::as )i---------C> ACEITES\ Aceite /

~~----.--/

Fig. 6.6 Flujo de datos del proceso registrar productos

4.- Registro de aceites y motores desde una entidad exterior.

En el diagrama de la figura 6.6 se muestra como de una entidad externa

denominada FABRICANTES EXTERNOS se toman y registran los datos de los

motores y las propiedades originales del aceite, que se introducen mediante los

subprocesos 5.1 y 5.3; estos datos serán almacenados posteriormente en las

tablas de datos MOTORES y ACEITES respectivamente.

5.- Elaboración de informe.

Por este proceso, procedentes de la tabla EMPRESA, llegan los datos de la

empresa: nombre, dirección, ubicación, teléfono, fax, correo electrónico y el código

de la empresa.


I EMPRESA

/~,

6.1 \

Atender \Petición )

/

Parametrosde petición

MOTORES- --------;

MUESTRAS JIEMPRESA ----~~

"O/--'~,RESPONSABLE -------jC> ( pre:u:mr \

MUESTRA ~/-q~asede Datos

DESGASTE ".

Informe

1Valores de losparámetrossolicitados

~'\( Presentar \

Informe de Iresultados í

\ .

'~'--~--//

Fig. 6.7 Flujo de datos del proceso presentar informe

Procedentes de la tabla RESPONSABLE llegan datos de la persona responsable:

nombre y teléfono. Los datos del motor: marca, modelo, capacidad del cárter,

añadidos y periodo de funcionamiento provienen de la tabla MOTORES; y de la

tabla MUESTRA DESGASTE: se obtienen: los valores medidos, las

concentraciones corregidas, los índices asignados a cada elemento de desgaste y

el índice general del estado de desgaste del motor. En el subproceso 6.1 se

reciben los datos de la petición y con ellos se formula la pregunta final de los

parámetros que se solicitan. En el subproceso 6.3 se presenta la hoja de

resultados, tal y como se muestra en el diagrama de la figura 6.7.

6.4 SISTEMA DE DIAGNÓSTICO

El sistema de diagnóstico es un programa informático que contiene expresadas en

forma simbólica la experiencia y conocimiento de los expertos [38] en forma de


reglas que se utilizan para diagnosticar las fallas de los motores, mediante un

proceso determinístico similar al que sigue un experto.

Su utilización en el diagnostico de los motores mediante análisis del aceite se

basa en lo siguiente:

• El proceso de diagnóstico es complejo y requiere de la existencia del expertos

que son escasos y se dificulta reunirlos constantemente

• A los motores se les realizan frecuentemente análisis similares.

• La cantidad de motores a analizar es frecuentemente grande y su complejidad

cada vez mayor.

• La adquisición de conocimientos necesarios para el uso de una técnica

probabilística constituye un proceso largo y costoso.

• La experiencia adquirida por una persona no es fácilmente trasmisible, la

mayor parte de las personas que la posee se jubilan o mueren sin compartirla.

Las anteriores razones hacen atractivo el uso de un sistema de diagnóstico

algorítmico como herramienta de ayuda al mantenimiento y principalmente al

diagnóstico de fallas de motores diesel en contraposición a un sistema experto, del

cual en su etapa previa. Además los sistemas expertos presentan algunas

desventajas como el hecho de que los datos e información a analizar son una

mezcla de tipo numérico, lógico y heurístico y la obtención de los conocimientos

de los expertos es una faena ardua que excede el objetivo del presente trabajo.

La herramienta informática diseñada (SISDAD), posee un sistema de diagnóstico de

tipo algorítmico que con los datos indispensables, tomados de las distintas tablas de

la base de datos, interacciona con el sistema de análisis para seguir las

instrucciones de su programa, asignar un diagnóstico y emitir una ta~eta que se

envía al usuario para informarle los resultados del sistema de diagnóstico.

La mayor dificultad encontrada en la construcción y aplicación del sistema de

diagnóstico, la constituye el empleo de la base de datos, ya que la asignación de

las proposiciones de diagnostico, a las que a continuación se hará referencia,

exige el examen de numerosos datos para la aplicación o no de sus reglas. Este

inconveniente se resuelve gracias al paquete informático utilizado (Visual Basic)

para la elaboración del programa, el cual es compatible con la estructura de las

Sistema de diagnóstico automático para el desgaste en motores diesel

tablas de la base de datos administrada con el paquete informático Acces.

6.5 PROPOSICIONES DE DIAGNOSTICO

121

La tarjeta de resultados que se obtiene mediante el programa SISDAD, debe

contener las proposiciones que los expertos emitirían al evaluar los resultados del

análisis espectrométricos de los elementos de desgaste del motor.

Las proposiciones, que se obtienen aplicando las reglas de diagnóstico que

utilizan los índices calculados por el sistema de análisis, son de 3 tipos [39]:

• Comentarios: expresión escrita que describe directamente los resultados

analíticos de los elementos de desgaste.

• Diagnóstico: son el resultado de aplicar las diferentes reglas de diagnóstico a

los valores obtenidos a partir de los resultados del análisis espectrométrico de

la muestra.

Recomendaciones: adjuntas a los diagnósticos, informan al usuario que

acciones debe tomar en función del diagnóstico emitido, para comprobarlo o

desecharlo.

Con toda este tipo de expresiones el usuario dispone de una información bastante

precisa de cual es el estado del motor, así como las medidas a tomar para

comprobar la falla.

6.5.1 Proposiciones de comentario

o Contenido de [ 1 1 ] ligeramente elevado. Se asigna cuando los índices de

uno, dos o tres elementos toman valores de 2 o 3.

o Contenido de [ , , ] elevado. Se asigna cuando los índices de uno, dos o

tres elementos toman valores de 4 o 5.

o Las concentraciones de la mayoría de los elementos son ligeramente

elevadas. Se asigna cuando el índice de desgaste del motor es ~ 3.

o Las concentraciones de la mayoría de los elementos son elevadas. Se

asigna cuando el índice de desgaste = 5.


o La concentración de los elementos es normal. Se asigna cuando el índice

de todos los elementos es = 1.

6.5.2 Proposiciones de diagnóstico

g Posible desgaste del conjunto camisa - anillos. Se asigna cuando el índice

de cromo es ~ 3.

D Posible desgaste de algún elemento del sistema de distribución. Se asigna

cuando el índice del níquel es ~ 3.

D Posible desgaste del conjunto pistón - camisa. Se asigna cuando el índice

del aluminio es ~3 y el del hierro ~ 2.

D Posible desgaste de cojinete de aluminio si lo posee o del pistón en caso

contrario. Se asigna cuando el índice de aluminio es ~ 3 Y el del hierro=1.

D Desgaste anormal de piezas a base de hierro no identificables. Se asigna

cuando el índice de hierro ~ 3 Y los del cromo, níquel y aluminio ~ 2.

D Posible desgaste de cojinetes. Se asigna cuando los índices del cobre y el

plomo son ~ 2 o cuando el índice del zinc ~ 2.

D Presencia de cobre debido posiblemente a fuga interna de refrigerante,

aditivos o desgaste de algún elemento Uunta, arandela, etc.) de este

material. Se asigna cuando el índice de cobre ~ 4 Y los de plomo y zinc ~ 2.

6.5.3 Proposiciones de recomendación

• Efectuar prueba de compresión y revisar consumo de aceite para evaluar

estanqueidad de grupo pistón - anillos - camisa. Se asigna cuando se ha

diagnosticado desgaste en algún elemento del grupo.

• Elevado desgaste del motor. Nuevamente se recomienda inspeccionar.

Posible necesidad de intervención. Se asigna cuando en tres muestras

consecutivas de un mismo motor se recomienda efectuar prueba de

compresión.

• Verificar presión de aceite para evaluar estado de cojinetes. Se asigna

cuando se diagnostica desgaste de estos elementos.


• Es muy probable que el elevado desgaste se deba a que el motor esta en

rodaje. Se asigna cuando el índice de desgaste del motor ~ 2 Y sus

kilómetros de utilización < 25.000 o 500 horas.

• Los resultados obtenidos pueden deberse a que se ha tomado la muestra

en un recipiente contaminado con gasolina. Se asigna cuando el índice del

plomo ~ 4 Y los del zinc y cobre s 2.

• En este vehículo se puede prolongar el período de cambio de aceite en

1000 Km. o 20 horas. Si el resultado del análisis de la degradación del

aceite es bueno. Se asigna cuando el índice de desgaste de motor es =1.

6.6 PROGRAMA DEL SISTEMA DE DIAGNOSTICO AUTOMÁTICO PARA EL

DESGASTE EN MOTORES DIESEL (SISDAD)

El manual de instalación y uso del programa se presenta en el apéndice A

6.6.1 Descripción del programa

A) Lleva fundamentalmente el control del mantenimiento predictivo y da

algunas recomendaciones de mantenimiento preventivo y correctivo de

motores diese!.

B) Es un sistema algorítmico y una herramienta útil para el ingeniero.

C) Permite obtener un registro de cada motor, perteneciente a cualquier

empresa, almacenado en la base de datos.

D) Posee un registro histórico de cada motor evaluado, actualizándose cada

cierto tiempo sus registros.

E) Posee un estudio estadístico que permite actualizar y ajustar la

concentraciones de referencia.

F) Evalúa las muestras de concentraciones metálicas suministradas, corrige

las concentraciones metálicas, compara con la concentraciones de

referencia, asigna los índices de desgaste para cada elemento analizado,

calcula y asigna el índice general de desgaste del motor diesel analizado.

G) Genera proposiciones de tres tipos: comentarios, diagnósticos y

recomendaciones.

El programa SISDAD ha sido elaborado con la herramienta informática Visual


Basic 6.0 modo empresarial, bajo ambiente Windows, siendo muy amigable para

el usuario. Utiliza una base de datos que se realizó en Access 2000, por ser una

herramienta poderosa y de fácil manejo.

6.6.2 Requerimientos del computador para el uso del programa

Para acceder y usar el programa S.I.S.0.A.O. se necesita un computador con las

siguientes características mínimas:

• Procesador de 1.3 GHz o superior

• 256 MB de memoria RAM.

• Resolución de pantalla de 800 x 600 píxeles

• Unidad de CO-ROM.

• Unidad de disco 3 %

• Monitor súper VGA

• Ambiente Windows 2000 o XP

• Conexión a Internet

• Impresora de tinta o cinta.

• La fecha y hora deben estar actualizadas.

• Los iconos deben ser para pantalla de 800 x 600 píxeles


CAPITULO VII: CONCLUSIONES Y DESARROLLOS FUTUROS

7.1 CONCLUSIONES

Como conclusiones del presente trabajo se tiene las siguientes:

125

~ Se ha llevado a cavo una revisión general del mantenimiento,

especialmente del mantenimiento predictivo; de igual manera una revisión

general de la tribología enfocada principalmente en el desgaste y una revisión

particular sobre el desgaste en los motores diesel, logrando una recopilación y

síntesis de la bibliografía consultada con el objetivo de identificar y conocer

cuales son los factores que originan el desgaste sobre las diferentes partes del

motor para luego aplicarlas al diagnóstico.

~ Se realizó una revisión sobre las técnicas para identificar y cuantificar el

desgaste del motor mediante el análisis de aceite, tanto las tradicionales como

las más recientes, con la finalidad de conocer sus ventajas y desventajas y

seleccionar las más adecuadas para el seguimiento del estado del motor.

~ Se ha desarrollado y validado un modelo exponencial para tratar las

concentraciones de metales de desgaste obtenidas mediante análisis

espectrométrico de las muestras de aceite usado de motores diesel, que

permita corregir la influencia de la composición del lubricante, los añadidos

(reposiciones intermedias) y los kilómetros de uso tanto del lubricante como del

motor.

~ Se han utilizado de la bibliografía consultada, algunos métodos para

caracterizar las concentraciones metálicas corregidas que permita calificar

tanto cualitativa como cuantitativamente los resultados de los análisis.

~ Se ha llevado a cabo la recopilación de una serie de estudios que

correlacionan los síntomas (concentraciones de desgaste), con las fallas del

motor que los producen. Como resultado, se obtienen una serie de

proposiciones que simulan las que emitirían los expertos respecto a las

posibles fallas que lo puedan originar junto con algunas recomendaciones para

identificarlas y comprobarlas.

Conclusiones 126

.... Se ha propuesto, diseñado, desarrollado, y probado un sistema

automático de diagnóstico para el desgaste de motores diesel a partir de

muestras de aceite usado, donde se emplean las técnicas y métodos

desarrollados en el presente trabajo como son: almacenar los datos necesarios

para el funcionamiento del sistema, sistematizar el cálculo de concentraciones

corregidas e índices, asignar mediante un proceso determinístico similar al que

sigue un experto proposiciones tanto de diagnóstico como de comentario y

recomendación y generar una salida con los resultados de los análisis y el

diagnóstico.

.... Se ha obtenido una rutina informática de fácil instalación y manipulación

para ser utilizada como herramienta en investigaciones y desarrollos futuros,

así como en aplicaciones en la industria del trasporte.

7.2 DESARROLLOS FUTUROS

.... Como posible desarrollo futuro del tema investigado se plantea la

utilización un sistemas de inteligencia artificial (I.A.) al diagnóstico

específicamente un sistema experto para el diagnóstico del desgaste de

motores diesel teniendo como base el método determinístico presentado en

este trabajo.

.... Se sugiere por otra parte, la utilización de la lógica difusa (fuzzy) en un

sistema experto de diagnóstico que se base en el método determinístico

desarrollado. De esta manera aplicando la nueva metodología para tratar los

síntomas no como variable binaria como lo haría el sistema determinístico sino

variable difusa que lleve incorporado un tratamiento de certeza que optimice el

proceso, se conseguiría una mejora sustancial de la aplicación.

.... Así mismo se plantea la posibilidad de la aplicación de las redes

neuronales al método determinístico con idéntica finalidad; es decir lograr la

mejora del método utilizado.

.... Extender el uso de los métodos modernos de I.A. aplicados al diagnóstico

mediante el análisis de aceite, a otras técnicas de mantenimiento predictivo.


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Anexos

ANEXOS

ANEXO 1: íNDICE GENERAL DE DESGASTE DEL MOTOR

130

Combinaciones posibles de los elementos de desgaste individuales para la

obtención del índice de desgaste del motor.

íNDICE 1:

11111112111111

íNDICE 2:

22111113111111

íNDICE 3:

2221111 32222222222111 33111112222211 33211112222221 33221112222222 33222113211111 33222213221111 33222223222111 41111113222221

íNDICE 4:

3333333 4332211 4422111 44333224211111 4332221 4422211 44333314221111 4332222 4422221 44333324222111 4333111 4422222 44333334222211 4333211 4431111 51111114222221 4333221 44321114222222 4333222 44322114311111 4333311 44322214321111 4333321 44322224322111 4333322 44331114322211 4333331 44332114322221 4333332 44332214322222 4333333 44332224331111 4411111 44333114332111 4421111 4433321


íNDICE 5:

4441111 5311111 5433333 5522222 5544411 55544414442111 5321111 5441111 5531111 5544421 55544424442211 5322111 5442111 5532111 5544422 55544434442221 5322211 5442211 5532211 5544431 55544444442222 5322221 5442221 5532221 5544432 55551114443111 5322222 5442222 5532222 5544433 55552114443211 5331111 5443111 5533111 5544441 55552214443221 5332111 5443211 5533211 5544442 55552224443222 5332211 5443221 5533221 5544443 55553114443311 5332221 5443222 5533222 5544444 55553214443321 5332222 5443311 5533311 5551111 55553224443322 5333111 5443321 5533321 5552111 55553314443331 5333211 5443322 5533322 5552211 55553324443332 5333221 5443331 5533331 5552221 55553334443333 5333222 5443332 5533332 5552222 55554114444111 5333311 5443333 5533333 5553111 55554214444211 5333321 5444111 5541111 5553211 55554224444221 5333322 5444211 5542111 5553221 55554314444222 5333331 5444221 5542211 5553222 55554324444311 5333332 5444222 5542221 5553311 55554334444321 5333333 5444311 5542222 5553321 55554414444322 5411111 5444321 5543111 5553322 55554424444331 5421111 5444322 5543211 5553331 55554434444332 5422111 5444331 5543221 5553332 55554444444333 5422211 5444332 5543222 5553333 55555114444411 5422221 5444333 5543311 5554111 55555214444421 5422222 5444411 5543321 5554211 55555224444422 5431111 5444421 5543322 5554221 55555314444431 5432111 5444422 5543331 5554222 55555324444432 5432211 5444431 5543332 5554311 55555334444433 5432221 5444432 5543333 5554321 55555414444441 5432222 5444433 5544111 5554322 55555424444442 5433111 5444441 5544211 5554331 55555434444443 5433211 5444442 5544221 5554332 55555444444444 5433221 5444443 5544222 5554333 55555515211111 5433222 5444444 5544311 5554411 55555525221111 5433311 5511111 5544321 5554421 55555535222111 5433321 5521111 5544322 5554422 55555545222211 5433322 5522111 5544331 5554431 55555555222221 5433331 5522211 5544332 55544325222222 5433332 5522221 5544333 5554433

131

Anexos

ANEXO 2: MANUAL DE USO DEL PROGRAMA SISDAD.

132

Instalación del programa SISDAü.

• Insertar el CD en la unidad correspondiente. El CD contiene el programa,la

base de datos y Visual 8asic 6.0, así que no es necesario poseerlo.

• Abrir el CD desde el explorador de Windows, buscar la carpeta PAQUETE,

luego abrirla e instalar el programa presionando el icono SETUP.

• Una vez instalado el programa retirar el CD.

• El programa quedará registrado en INICiO> todos los programas> SiSDAD.

DESCRIPCiÓN DE lOS MENÚS DEL PROGRAMA SISDAD.-

Una vez instalado el programa, se procede a ejecutar y aparecerá la pantalla de

presentación de la forma:

El programa S.I.S.D.AD. posee 3 menús (diagnostico, búsqueda e información)

de los cuales se dará descripción detallada a continuación:

1.- Diagnóstico:

Este menú constituye la parte principal del programa ya que posee el modulo de

cáiculo y análisis para las muestras ingresadas. Seleccionando el botón

Diagnóstico del desgaste de nlOtoles diesel 133

DIAGNOSTICO se accede a registrar los datos de empresa, motor, aceite y

muestras de laboratorio.

1.1.- Registro ¡ empresa: mediante esta pantalla se pueden ingresar y

registrar los datos de la empresa de tres formas: manual, por código, o por

búsqueda personalizada.

1.1.1 Registro I empresa! manual: Permite registrar de forma manual la

información de la empresa con nuevo ingreso, con los datos de:

Nombre, actividad, dirección, ubicación, teléfono, fax, correo

electrónico y los datos del responsable: nombre, teléfono. También

facilita ubicar cualquier empresa existente en la base de datos, solo

suministrando el nombre de la empresa, automáticamente se llenan

las demás casillas.

Nota: automáticamente se le asigna un código a la empresa ( se

muestra en el reporte final).

Anexos 134

1.1.2 Registrol empresa! código: permite ingresar el código de una

empresa ya existente y ubicarla en la base de datos, luego retorna a la

pantalla registrol empresa con todos las casillas llenas de esa

empresa.

Ingre&e el c6cigo de la erre:-esa 1Aceptar JCaru:elar 1

1.1 .3 Registrol Empresa! búsqueda personalizada: mediante esta función

se puede localizar una empresa en la base de datos con solo conocer

alguna característica, como lo es: la actividad, dirección ubicación,

teléfono, fax, correo electrónico, nombre del responsable, teléfono del


responsable. Se selecciona cual es el renglón conocido y en la casilla

PARÁMETRO DE BÚSQUEDA se escribe el dato.

Una vez utilizada cualquier función de ingreso de la empresa (manual, código,

búsqueda personalizada) se presiona el botón CONFIRMAR e inmediatamente se

despliega una pantalla de consulta de la forma:

C~~::;;::::~""""'" " .~11 ~'lU il"" "''11 .••. i'""tI los datos son c.orredos? I[g ~ I I

Si se selecciona SI, registra, actualiza la base de datos con esa empresa y pasa a

la pantalla registro! motor, en caso contrario (NO), regresa a la pantalla de

registro empresa y permite editar algún dato erróneo o actualizar algún dato de la

empresa

1.2 Registro! Motor: por esta pantalla se ingresan los datos del motor, para la

marca y modelo se despliegan columnas con todos los motores registrados

existentes en la base de datos, mientras se llena este renglón se ubica si existe

Anexos 136

una marca o modelo similar registrado, en caso contrario se ingresa el nuevo

motor.

101_

E_

Nmm rCMgo r-I--

¡; ~de..., 10.5""-'--3---'. r HCIf..deuso

~deIe..ter(lt.)

Nii"nen>deClinltot '-;6-- 1775

MníooCirl

'"_ {'S_ {"

¡; Móvil r E"acion!m

~del,abaio

o_e r......,." no_

Una vez descrito el modelo y marca del motor se solicita un código motor que

permita identificarlo del universo de motores existente en la base de datos, para

ello se ingresa un serial de a hasta 1O dígitos o letra, esto permite tener un

historial de ese motor cuando se analiza consecutivamente. Aparte de esto se

solicitan los siguientes datos: los kilómetros de uso del motor si se selecciona

el uso MÓVIL o las horas de uso del motor si se selecciona uso

ESTACIONARIO. La capacidad del Cárter, el número de cilindros del motor, el

lugar de trabajo (ambiente arenoso - ambiente no arenoso) y la admisión

(normal, sobrealimentada e intercooler).

Nota: los datos de kilómetros de uso u horas de uso del motor y la capacidad

del cárter son indispensables por lo cual cuando no se suministran se despliega

una pantalla de información con el comentario 11 debe suministrar la capacidad


del cárter". De no conocer dicho dato el sistema hará una inserción automática

de este valor. (capacidad del cárter: 30 Its.)

1.2 Registro I Aceite: a través de esta pantalla se ingresan los datos del

aceite; marca, tipo y SAE que usa el motor; de la misma forma que con los

datos del motor, se despliegan pantallas con los aceites contenidos en la base

de datos; de no conocerse la clase de aceite, se debe colocar en el renglón

marca de aceite NINGUNO, en el tipo de aceite NINGUNO y en el SAE

UNIVERSAL.

También se solicitan los datos del tiempo de uso del aceite en horas o

kilómetros y los añadidos de aceite (obligatorio).

De no suministrarse el dato añadidos el sistema no continuara hasta que se

inserte.

1.3 Registro I muestra: se presenta la pantalla para introducir los datos de los

análisis espectrométricos de las muestras, en los cuales figuran los contenidos

de aluminio, cromo, plomo, cobre, hierro, estaño, níquel y sílicio.

Anexos

E_.Nonilre =!AG=RU~=t>.BU=S=.SA ....

Cócigo IE.axmm

-.06dig0 Fechade Toma de N....... FechaAnMs;odeLab~<i:.=...=..=-:I14- h2l12r.llJ2 h2l12r.llJ2

R_dolal>u_ ...P.P.M.

Abiri>lI\IJ Cnno{C,¡ I'baoll'bl199.217 ra- 18.3

Cdlro(Cu)Híono(Fo¡

~ SicefiQ.9 [14 .Edallo(Sn) Niquol(Nij

~ ~

138

También se piden las fechas de toma de la muestra (extracción de la muestra

del motor) y de análisis de laboratorio y automáticamente se asigna y muestra

el código de la muestra en consideración.

Nota: no es obligatorio dar entrada a todos los elementos espectrométricos

solicitados, en caso de omisión de uno de ellos se adjudicara el cero como

valor. Para proteger la base de datos de actualizarse en forma errónea se

colocaron rangos de valores permitidos. Si se coloca equivocadamente un

valor y está fuera de rango aparecerá una pantalla de información con la

sentencia u el valor de xxxx esta fuera de rango"

o El valor del AkJmIr40 esta fuera del rango [O; 19.8]

I Aceptar I

1.3 Resultados: una vez almacenados, procesados y calculados todos los

elementos introducidos, se genera una pantalla de resultados que presenta los

análisis cuantitativos y cualitativos efectuados en el bloque de cálculo del


programa. Contiene los valores de: nombre de la empresa. Código de la

empresa, código de la muestra (que se asigna automáticamente), kilómetros

del motor, fecha de emisión del diagnóstico. Y los resultados del análisis como

son:

• Concentraciones corregidas.

• índices de desgaste.

• índice general de desgaste del motor que de acuerdo al índice obtenido

cambia de color.

~CE COLOR-~~.~ 1

blanco

2 verde

I

3 crema

4 anaranjado

5 rojo~ ~

Anexos 140

Se presenta un grafico representativo de los niveles de concentraciones

obtenidas por comparación con las referencias.

Cada elemento posee un color único (aluminio = rojo; cobre = verde;

estaño = azul; cromo = amarillo; hierro = magenta; níquel = azul

aguamarina; plomo = gris; sílice = vinotinto).

1.4 Informe: se genera una pantalla imprimible en forma de planilla donde se

presenta el reporte de la muestra analizada; con los siguientes renglones:

• Empresa.

• Código.

• Actividad.

• Muestra.

• Responsable

• Fecha de emisión

• Fecha de toma de muestra

• Fecha de análisis.

• Marca de motor.

• Modelo de motor.

• Uso del motor.

• Añadidos.

• Una tabla contentiva de: elementos de desgaste, valor del

elemento(introducido por pantalla), concentración corregida, referencia

contra quien se compara cada concentración, valor de los índices

individuales, valor de índice general de desgaste del motor.

• Una sección con las sentencias adjudicadas de: Comentario,

diagnostico y recomendaciones.


• SISDADREPORTE DE LA MUESTRA

141

Resonsable DLUIS FERNANDEZ

Empr esa AISA

Código JBAA Actividad' NTRANS t\.1uestra M-OOOOO015

Fecha de Emisión 2OJ1 OJ2003

Fecha de Toma 12/12J2002

Marca del Motor' AAAA

Modelo Motor' General

Elemento Muestra

AluminiO 12

Cobre 14

estaño 4

Cromo 5

Hierro 100

Nlquel 0.3

Plomo 18

Silice 14

Fecha del Analisls 12/1212002

Uso del Mo1or M

Ar,.'lCl!dos· 0.5

Referencia Coo{;entración corregida Indices6.6 12.0990 2

6.6 14.1148 2

1.6 4.03307 3

3.2 5.04168

42.7 100.693 2

0.7 0.29553 1

6.5 18.1447 3

11 14 1

Indice General de desgaste 3Tipo Descripción

e las concentraciones de la mayoría de los elementos son ligeramente elevadas

D Posible desgaste de cojinetes

R Es muy Probable que, el eIev8do desgaste se deba a que el motor esta en rodaje

R VerifIqUe presión de acele para evaluar estado de cojinetes

2.- Búsqueda:

Suministra información de cualquier información que se encuentre en la base de

datos, para ello se visualiza una pantalla con 7 opciones para realizar una

búsqueda especifica.


Para acceder solo basta con pararse sobre cualquier letra mostrada e

inmediatamente aparecerá una pantalla con todos los términos cuyo nombre

comience con dicha letra.

CAPITULO IV: TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE ACEITE

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