Sistema medidor de lubricidad para DUBA (Diesel de Ultra Bajo Azufre) bajo la Norma ASTM 6079
"Aunque la aplicación requirió de mucha investigación dada la naturaleza de la prueba es evidente que gracias a la tecnología de National Instruments pudimos reducir drásticamente nuestros tiempos de desarrollo y pruebas para entregarle al usuario final un sistema portátil, fácil de replicar y a un mucho menor costo de lo que se ofertan con otro tipo de tecnologías." - Erwin Franz Rodriguez, Erlab S.A. de C.V. Figura 1. Diseño de HFRR por ERLAB S.A. de C.V.
El Reto: Construir un sistema reciprocante de alta frecuencia (HFRR por sus siglas en ingles) que cumpliera con todos los requisitos de la norma ASTM 6079 en el menor espacio y costo posible.
La Solución: Se construyó un sistema basado en computadora que permitió centralizar la instrumentación de diferentes sensores y ejecutar simultáneamente dos controles de lazo cerrado (posición y temperatura). El equipo, mediante la manipulación de un microscopio digital, genera automáticamente reportes con los datos de la instrumentación e imágenes con sus medidas dimensionales. Autor(es): Erwin Franz Rodriguez - Erlab S.A. de C.V. Introducción: La maquina HFRR es una maquina tribológica que mide, por medio de un microscopio, la indentación o desgaste de dos superficies que tuvieron un rozamiento lubricado con el fluido que se está analizando. En una prueba de este sistema el desgaste se da entre un disco (superficie fija) y un balín (superficie móvil) donde el balín debe desplazarse 1 mm (+-.02mm) sobre el disco a una temperatura de 60 grados centígrados, ejerciendo una carga efectiva de 200 gramos, a una frecuencia de 50 Hz durante 75 minutos. Descripción de la Aplicación: Se ha declarado en diferentes medios de comunicación que los países que no produzcan combustibles como el diesel de ultra bajo azufre estarán condenados a seguir adquiriendo tecnología obsoleta para satisfacer sus necesidades de transportación. Además de fomentar la inversión en tecnología en países en vías de desarrollo, la producción y refinación del diesel de ultra bajo azufre es una manera directa de reducir el número de contaminantes emitidos en grandes ciudades en donde la contaminación del aire llega a ser un problema de salud pública. Los procesos de refinación para remover el azufre del diesel tienden a reducir los componentes del combustible que lo proveen de lubricidad natural. A medida que se reducen los niveles de azufre, el riesgo de una lubricidad inadecuada aumenta. Esta falta de lubricidad puede repercutir en una baja de la eficiencia de las maquinas que utilizan este combustible y una reducción de la vida útil de las mismas. Por esta razón para la industria petroquímica es fundamental contar con un procedimiento y tecnología apropiada para validar la calidad de los aditivos que se le agregan al diesel de ultra bajo azufre y así garantizar su correcto funcionamiento. La norma ASTM 6079 es un método para medir la lubricidad en combustibles medianamente destilados en acorde a la especificación D 975. El método consiste en colocar 2mL de fluido de prueba como medio de contacto entre dos superficies que deben de estar a una temperatura controlada de 60 °C. Cuando la temperatura logra estabilizarse, un balín metálico cargado con una masa de 200 gramos debe frotar un disco fijo sumergido sobre el fluido de prueba. El balín metálico debe de frotar el disco de prueba con un desplazamiento recto de 1 mm a una frecuencia de 50 Hz por 75 min. Al terminar la prueba, el balín se retira del brazo vibratorio y se limpia. Una vez que el balín está limpio, mediante el uso de un microscopio adaptado a una computadora, se miden las dimensiones de la marca o desgaste provocado por la fricción entre las dos superficies durante la prueba y se usan estos resultados para calcular la lubricidad del fluido usado para la prueba. Algunas restricciones del sistema son que el desplazamiento sobre el disco debe de ser de 1 mm con una tolerancia de +-.02mm, que no existe comercialmente ningún sensor para medir el porcentaje de película y que el sistema de visón debe de poder amplificar la imagen capturada del balín al menos 30 veces. Tomando todo lo anterior en cuenta, se construyó un sistema basado en computadora donde de manera flexible se logró instrumentar bajo la plataforma compactdaq las señales de temperatura, fuerza, porcentaje de película y aceleración. Para la medición de porcentaje de película se requirió de un modulo de adquisición de datos de alta resolución (24 bits) ya que el transductor que logramos fabricar para cumplir con la especificación tiene una salida de voltaje de 0-1 V con escalones de 1 micro Volt. La computadora permitió ejecutar algoritmos para calcular la frecuencia y el coeficiente de fricción así como algoritmos de control para garantizar el desplazamiento del brazo vibratorio dentro las especificaciones de la norma y ejecutar un PID para controlar la temperatura del sistema. En la parte de software la aplicación consiste en un programa hecho en Labview donde, por medio de las librerías contenidas en el modulo de visión, y su flexibilidad para manejar librerías dinámicas se controló por USB un microscopio electrónico que permite al usuario hacer las mediciones del desgaste del balín. Con los parámetros obtenidos, la computadora calcula automáticamente la lubricidad del fluido bajo prueba.
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Una vez obtenido el parámetro de lubricidad, por medio de la librería para generar reportes de Labview, se genera automáticamente un reporte en Word y Excel con todos los valores de la instrumentación, las imágenes del desgaste y los resultados obtenidos del cálculo de la lubricidad. El software presenta gráficos en donde el usuario final puede ver la línea de tendencia de la instrumentación (coeficiente de fricción, temperatura, aceleración y porcentaje de película) para pronosticar cualidades del fluido. Dada la modularidad de la tecnología de National Instruments esta aplicación es tal vez la más portable de su categoría. Conclusión: Aunque la aplicación requirió de mucha investigación dada la naturaleza de la prueba es evidente que gracias a la tecnología de National Instruments pudimos reducir drásticamente nuestros tiempos de desarrollo y pruebas para entregarle al usuario final un sistema portátil, fácil de replicar y a un mucho menor costo de lo que se ofertan con otro tipo de tecnologías. Información del Autor: Erwin Franz Rodriguez Erlab S.A. de C.V. Avenida Dr. Gustavo Baz 398517, Industrial Tlalnepantla Tlalnepantla 54030 México Tel: 5544376982
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Figura 1. Diseño de HFRR por ERLAB S.A. de C.V.
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Figura 2. Primer prototipo del HFRR elaborado por Erlab S.A de C.V.
Legal Este caso de estudio (este "caso de estudio") fue desarrollado por un cliente de National Instruments ("NI"). ESTE CASO DE ESTUDIO ES PROPORCIONADO "COMO ES" SIN GARANTÍA DE NINGUN TIPO Y SUJETO A CIERTAS RESTRICCIONES QUE SE EXPONEN EN LOS TÉRMINOS DE USO EN NI.COM.
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