El futuro del análisis del petróleo: conversión a electricidad y sensores

A primera vista:

  • Los laboratorios comerciales de análisis de aceite juegan un papel clave en la industria de monitoreo de la condición del aceite, pero la tecnología de sensores y la electrificación tienen el potencial de alterar el statu quo.
  • Si bien la tecnología de sensores de aceite se está expandiendo, el alto costo y el bajo volumen de compra hacen que sea imposible reemplazar significativamente el papel del laboratorio de análisis de aceite en la industria de monitoreo de la condición del aceite.
  • La electrificación, especialmente en la industria del transporte por carretera, tiene el potencial de interrumpir la industria de monitoreo de aceite, ya que muchos laboratorios comerciales de análisis de aceite se enfocan en las pruebas de motores diesel.

En la década de 1940, la industria ferroviaria de los Estados Unidos comenzó a examinar el aceite que lubricaba los motores de las locomotoras. Los inspectores buscan contaminantes, metales que pueden causar desgaste y provocar fallas catastróficas en el motor. Casi 80 años después, una industria que depende del análisis de aceite se ha expandido más allá del ferrocarril, y con ello la variedad de pruebas que ofrece la industria de monitoreo de la condición del aceite.

El objetivo del Monitoreo de la condición del aceite (OCM) siempre ha sido evitar fallas en las máquinas.“La estrategia de OCM es usar el mantenimiento predictivo para saber cuándo las máquinas van a fallar para que podamos hacer lo que tenemos que hacer para evitar cualquier tiempo de inactividad”, dijo Lisa Williams, miembro de STLE y gerente de capacitación de Ametek Spectro Scientific. Desde la generación de energía y el transporte por carretera hasta la pulpa y el papel, numerosas industrias dependen de mantener un aceite saludable para continuar con sus operaciones.

La industria de análisis de aceite o OCM es clave para ayudar a otras industrias a monitorear y prevenir el desgaste y mantener el aceite saludable en sus equipos. Los laboratorios comerciales de análisis de aceite juegan un papel importante en este mantenimiento al analizar muestras de aceite, interpretar los resultados y recomendar acciones de mantenimiento. Pero dos nuevas tecnologías tienen el potencial de reemplazar el dominio de estos laboratorios en la industria OCM: sensores y electrificación de motores.

Aún se desconoce cómo y cuándo estas dos tecnologías afectarán a OCM, pero tienen el potencial de revolucionar la forma en que las empresas de OCM hacen negocios, desde empujarlas a desarrollar nuevas tecnologías o probar nuevos fluidos, hasta catalizar fusiones y hacer que los servicios queden obsoletos. Matthew Spurlock, gerente técnico global de SGS, dijo: «No creo que la industria de análisis de aceite estándar tenga un impacto significativo durante al menos 10 años, pero llegaremos a este punto de inflexión y luego sucederá bastante». rápidamente.»

Panorama actual del monitoreo de la condición del aceite

Hoy en día, hay aproximadamente 200 laboratorios de análisis de aceite en América del Norte. El mercado mundial de OCM es una industria de mil millones de dólares y se espera que crezca hasta los 1400 millones de dólares para 2026.1Algunas empresas brindan análisis de petróleo internos, pero muchas operan como proveedores externos y brindan servicios a una variedad de negocios. La lista de industrias atendidas por el mercado OCM es larga, al igual que las máquinas a las que sirven (ver más abajo).

«OCM realmente comienza con el establecimiento de un proceso dentro de la organización», dijo Williams. La organización puede ser una planta de fabricación o un almacén de camiones. Los laboratorios de análisis de aceite trabajarán con sus clientes para determinar con qué frecuencia se toman muestras de aceite para sus equipos, que pueden variar desde transmisiones o motores en vehículos hasta turbinas de vapor en plantas de energía nuclear.

Una vez que se determina la frecuencia del muestreo de aceite, el técnico comenzará a tomar muestras de aceite para recopilar datos sobre la condición del aceite. La recopilación de datos puede variar desde muy pequeña (por ejemplo, probar la concentración de agua en el aceite de una turbina de vapor) hasta muy compleja, como comprender qué causa patrones de desgaste específicos en un motor.

El costo promedio del mantenimiento de rutina de las muestras de aceite es de entre $30 y $45, que es relativamente económico considerando los beneficios de evitar fallas en las máquinas, dijo Williams. Quizás el 20 por ciento de las muestras de rutina requieran pruebas adicionales para diagnosticar más problemas o resolver problemas existentes, dijo.

Si bien el advenimiento de la tecnología de sensores en los últimos 20 a 25 años ha imitado los tipos de pruebas que pueden realizar las empresas de análisis de aceite, la lista de estas últimas es aún más larga, a pesar de que las capacidades de los sensores están creciendo. Algunas empresas de análisis de aceite han invertido tiempo y dinero en el desarrollo de tecnología de sensores, o al menos lo han considerado, pero la demanda de análisis de aceite en laboratorio aún no ha disminuido debido al mayor uso de sensores. Aún así, Bill Quesnel, presidente de WearCheck Canada, dijo que «los sensores tienen la oportunidad de transformar fundamentalmente nuestra industria».

Una tecnología más apremiante para OCM puede ser el cambio a motores eléctricos, especialmente como reemplazo de los motores de combustión interna de los camiones diésel. Dado que la industria de camiones de carretera representa una gran parte de la base de clientes de análisis de aceite, y dado que los motores eléctricos requieren diferentes estrategias de lubricación, las empresas de OCM deben considerar cómo cambiará la industria cuando ocurra la electrificación.

Con ambas tecnologías en el horizonte, es hora de que las empresas consideren cómo se transformarán sus modelos comerciales en los próximos años, dijo Spurlock.

Tecnología de sensores

Los sensores de aceite aparecieron por primera vez en análisis hace unos 20 años como una forma de recopilar automáticamente datos operativos de máquinas que funcionan con aceite usado. Inicialmente midieron características simples para detectar el desgaste, como la densidad del hierro. Pero las capacidades de los sensores continúan creciendo. Además de las pruebas de metales ferrosos, los sensores ahora pueden medir características como la base de aceite, el hollín, el cambio de viscosidad, el consumo de aditivos, el conteo de partículas y la humedad relativa, que están relacionadas con el contenido de humedad.

Pero las capacidades de las pruebas de laboratorio aún superan las capacidades de los sensores. Una empresa de análisis de petróleo puede ofrecer a los clientes 20 o más pruebas, que pueden incluir trabajo de microscopía en profundidad y análisis elemental, cosas que los sensores aún no ofrecen, dijo Williams. Los laboratorios pueden proporcionar excepciones o pruebas adicionales basadas en los resultados de las pruebas iniciales, como medir la oxidación, la nitrificación y la corrosión.

Pero los sensores tienen otras ventajas. Por ejemplo, son especialmente útiles cuando los sensores se instalan en áreas de difícil acceso, como en la caja de engranajes de una turbina eólica.»Puede que no sea realista enviar personas a la torre trimestralmente, pero si tuviéramos la tecnología de sensores, podríamos obtener esos datos», dijo Williams.

Los sensores también se utilizan para otras funciones.»Lo que está viendo es que hay muchos sensores en el motor interno, pero en lo que respecta a OCM, esos sensores generalmente solo usan un algoritmo para determinar la vida útil del aceite. No están midiendo directamente las propiedades del petróleo», dijo Quesnel.

Otra ventaja de los sensores: pueden actuar como banderas rojas.»La explosión del sensor fue la causa raíz de su detección temprana de la falla. Son muy buenos en eso», dijo Spurlock. La detección temprana del desgaste es importante, pero idealmente, los sensores detectan los factores que pueden causar el desgaste antes de que ocurra. Los dos factores más comunes que causan el desgaste dentro de una máquina son las partículas (generalmente polvo y escombros) y la contaminación por humedad, dijo Spurlock.»Entonces, si podemos capturar las causas raíz clave de estos dos fracasos identificando su presencia y luego tomar alguna acción, ahí es donde entran en juego las grandes ganancias».

También existen sensores de monitoreo de la salud del aceite, pero dado que la causa principal de la mayoría de las fallas se debe a estos contaminantes del aceite, Spurlock dice que los sensores que miden la contaminación del agua y las partículas son más útiles para los usuarios finales.

Aún así, el uso de sensores de aceite no está muy extendido y no ha interrumpido por completo la industria del análisis de aceite.»El mayor problema es que el costo de estos sensores sigue siendo demasiado alto para el fabricante de equipos originales (OEM) que fabrica el motor», dijo Quesnel.»En un momento, cuando intentábamos comercializar nuestro propio sensor, nos dijeron que tendría que costar $10 o menos para que se produjera ampliamente en un motor diésel. Algunos sensores útiles para motores diesel hoy en día cuestan alrededor de $ 1,000 o unos pocos cientos de dólares. «

La industria de sensores aún tiene que producir un monitor multifunción de bajo costo y alto volumen que pueda medir directamente las condiciones del aceite, lo que dificulta el uso generalizado de sensores. La situación es un poco como Catch 22: para reducir el costo del sensor, su producción debe aumentar, pero no hasta que aumente la demanda, actualmente obstaculizada por el alto costo.»La principal barrera para la adopción es el 100 por ciento del precio», dijo Spurlock.

Hasta que se supere este obstáculo, es poco probable que los sensores tengan un impacto significativo en el mercado OCM, ya sea a través de subsidios gubernamentales, una mayor demanda de los consumidores o un compromiso con la producción en masa para reducir costos. Incluso si los costos bajan, Williams no cree que los sensores hagan que la industria quede obsoleta.»Todavía necesitamos personas con experiencia para que [los usuarios finales] sepan cómo usar la tecnología de sensores», dijo.

Por ejemplo, dijo que los sensores pueden informar niveles bajos de aditivos sin diagnosticar la causa o recomendar un seguimiento. Decidir si cambiar o filtrar el aceite requiere una comprensión de lo que significan los datos, y «eso no es de lo que es capaz la tecnología de sensores», dijo Williams.

El software de interpretación de datos automatizado tiene el potencial de reemplazar a los técnicos de análisis de aceite.»Pero la realidad es que el software que puede analizar datos complejos sin un experto se está volviendo más común, y el software que está disponible hoy en día es costoso», dijo Williams. Si el uso de software se generaliza o cuando se generalice, la industria podría ver un cambio dramático en los tipos de trabajos disponibles, desde técnicos petroleros hasta desarrolladores de software.

Pero en algunos aspectos aún se requiere experiencia en la comprensión de los complejos cambios en el petróleo.“Existe la posibilidad de un cambio en los tipos de trabajos en la industria, pero dado que el costo es una gran barrera, no creo que suceda pronto”, dijo Williams. Ella cree que la industria adoptará un enfoque híbrido, combinando tecnología con trabajo de laboratorio.

Cuándo y si la tecnología de sensores conducirá a un cambio en el mercado OCM es una gran incógnita. Cuando el sensor se desarrolló por primera vez hace 20 años, la tecnología atrajo un gran interés y un mercado global, especialmente en la industria de los motores diésel.»El problema es que, 20 años después, ningún fabricante ha decidido fabricar un millón de sensores para reducir costes, y ninguna empresa ha decidido comprar un millón para que alguien pueda fabricar un millón y reducir costes. Así que es Catch-22″, dijo Quesnel.

electrificación

Otro factor que tiene el potencial de alterar el mercado de OCM es la electrificación del motor, especialmente en camiones comerciales grandes que viajan largas distancias. Las empresas que monitorean los aceites para motores diesel constituyen la principal actividad en el mercado OCM de América del Norte. El cambio a vehículos eléctricos en las flotas de carretera tendrá un impacto significativo en la mayoría de los segmentos de la industria de análisis de petróleo. Pero aún no está allí.

Por el contrario, la electrificación de los turismos está muy avanzada. El año pasado, Boston Consulting Group estimó que las ventas de vehículos eléctricos superarán el 50 por ciento del mercado para 2026.2Reemplace el motor de combustión interna. Aunque la electrificación de camiones pesados ​​todavía está en pañales, ya está comenzando a emerger. Los fabricantes de equipos originales han producido semirremolques eléctricos comerciales y actualmente están probando sus capacidades.

Un factor que tiene el potencial de alterar el mercado de OCM es la electrificación del motor, especialmente en grandes camiones comerciales que viajan largas distancias.»El factor que impulsa la electrificación de vehículos, especialmente en el sector comercial de flotas de camiones, es un menor costo de propiedad. Este es el primero», dijo Quesnel. El costo de propiedad depende de la capacidad del mercado para superar ciertos obstáculos.

La producción de motores eléctricos de alta eficiencia para camiones grandes que viajan largas distancias tiene diferentes obstáculos que la producción de motores eléctricos para automóviles de pasajeros o camiones comerciales de servicio mediano. El primero requiere más energía, lo que requiere baterías más grandes y pesadas.

Incluso si el costo del motor real cae, otros factores pueden afectar el costo general, como la eficiencia de la estación de carga y la infraestructura para soportar la carga a larga distancia.

Pero muchos expertos están de acuerdo en que la electrificación no es una cuestión de si, sino de cuándo.»El reemplazo de los motores de combustión interna en todo el mundo ciertamente está en marcha. Los camiones de carretera ahora están equipados con motores eléctricos. Los vehículos ahora tienen motores eléctricos. Todo lo demás que funciona con un motor de combustión interna eventualmente pasará a un motor eléctrico. No sé cuándo sucederá, pero sucederá», dijo Spurlock.

Algunos OEM de automóviles de pasajeros ya se han comprometido a eliminar gradualmente los motores de combustión interna en sus vehículos desde mediados de los 10, dijo Quesnel.»Los automóviles de pasajeros serán la primera ola, pero pronto llegará la electrificación de camiones más grandes. Diría que para 2040, podemos ver una rápida reducción en la cantidad de motores de combustión interna en las carreteras de América del Norte. Esto sucederá más rápido en Europa. «

Pero, ¿cuánto afectará la electrificación del motor a OCM?»Es una pregunta del millón.¿Necesitas un trastorno obsesivo-compulsivo?Eso es lo que todos piensan», dijo Quesnel. Eso es porque el motor eléctrico no necesita aceite. Necesitan grasa y líquido para enfriarse.

Los coches eléctricos siguen necesitando una caja de cambios, aunque su lubricación también puede cambiar. Williams dijo que las empresas de análisis de aceite deben centrarse en estos componentes para adaptarse, y Spurlock está de acuerdo en que monitorear el aceite es tan importante para prevenir fallas como monitorear el aceite.

Pero se desconoce si las empresas querrán o necesitarán monitorear los componentes no derivados del petróleo.»Todavía no tiene un mercado», dijo Quesnel.“Si estos vehículos eléctricos son muy confiables y tienen una baja tasa de fallas, o si la falla no está relacionada con el lubricante, entonces no hay mercado”. OCM necesita averiguar cómo fallarán los motores y si esas fallas están relacionadas con el lubricante, dijo.

Actualmente, el mercado OCM para camiones eléctricos no está estandarizado. Antes de eso, es necesario responder una serie de preguntas: ¿El vehículo tiene una caja de cambios diferencial o una transmisión de una o varias velocidades?¿El motor está húmedo o seco?

«Todavía no sabemos cómo se verá un camión eléctrico estándar», dijo Quesnel, lo que afectará los lubricantes necesarios y la frecuencia con la que deben probarse.“La pregunta es, ¿considerarán los propietarios de flotas que las pruebas de aceite de los sistemas de propulsión eléctricos son tan importantes como las pruebas de aceite de los sistemas de propulsión de motores de combustión interna?Queda por verse. «

Quesnel dijo que la industria de análisis de aceite tendrá que esperar para ver qué fluidos y lubricantes deciden usar los fabricantes de equipos originales en sus vehículos eléctricos, y luego diseñar pruebas para detectar y prevenir fallas.»Creo que todavía estamos sentados al margen [sabiendo] que la electrificación va a suceder. Ahora esperaremos y veremos qué tan confiables son los vehículos eléctricos. «

La industria puede adivinar dónde podrían estar las áreas de interés, dijo Quesnel. Por ejemplo, los fluidos de transmisión, que actualmente representan solo una pequeña parte de la industria OCM, pueden tener una participación mayor en el análisis de aceite. Para hacer esto, «los consumidores tienen que cambiar, y es importante decidir tomar una muestra del fluido de la transmisión. La única razón por la que comenzará a suceder es si experimentan fallas costosas», dijo Quesnel.

Incluso cuando los laboratorios de análisis de aceite recurren al monitoreo de los tipos de fluidos presentes en los vehículos eléctricos, otras industrias pueden desempeñar un papel mejor. Por ejemplo, «los laboratorios que se especializan en el monitoreo de la condición de los fluidos aislantes son más parecidos a los fluidos necesarios para los motores eléctricos», dijo Quesnel.»Realmente no creo que haya mucho OCM para los vehículos eléctricos porque creo que serán más confiables».

Spurlock cree que la electrificación de la industria del transporte por carretera empujará a muchas empresas de análisis de aceite a otros mercados que no se ven afectados de inmediato por los cambios, como las turbinas, la marina, la aviación y los equipos de capital, lo que aumentará la competencia en estas industrias.»También creo que vamos a ver una mayor consolidación de las empresas de análisis de petróleo», dijo Spurlock.»He dicho hace mucho tiempo que cualquier laboratorio que se centre en analizar muestras de aceite en el laboratorio y nada más tiene una cantidad de tiempo finita. Dudo que cierren sus puertas en 10-15 años. «

Una consecuencia de la electrificación de motores en la industria OCM puede ser que los motores eléctricos puedan equiparse con más sensores, ya que ya existen los tipos de sensores que pueden requerir los vehículos eléctricos, como los sensores térmicos y de conductividad. Pero Quesnel dijo que debido a que los sensores OCM existentes son tan especializados, es poco probable que se traduzcan en vehículos eléctricos, que requieren sensores que ya están disponibles y son económicos.

«Los sensores a bordo tienden a ser muy específicos», señaló.“Los sensores a bordo en el motor medirán condiciones tales como una rápida caída de la viscosidad, lavado de combustible, aumento de la carga de hollín o intrusión de agua y refrigerante. Pero para los motores eléctricos y las transmisiones, la preocupación es la corrosión o el sobrecalentamiento del cobre. Se preocupan por la viscosidad, pero no tanto. Les preocupa la baja conductividad, la alta resistividad, para lo cual los sensores OCM actuales no están diseñados. «Pero dado que ya existen sensores de bajo costo con estas propiedades, «esto podría presagiar el dominio de los sensores en la industria OCM para vehículos eléctricos», dijo Quesnel.

Los sensores de grasa pueden ser más difíciles de vender.»Debido a que el aceite fluye, es fácil colocar el sensor de aceite en el flujo de aceite. La grasa no pasa por el sistema como lo hace el aceite», dijo Spurlock.

Aún así, Williams cree que el cambio a la tecnología de sensores y la electrificación requerirá una mano de obra calificada.“Tenemos que saber gestionar estos componentes. Debemos saber interpretar los datos de nuestros sensores. Debemos saber cuándo actuar. Si no tenemos estas cosas, estas tecnologías más costosas no funcionarán”, dijo.

A dónde ir desde aquí

Entonces, ¿qué deberían hacer las empresas de análisis de aceite hoy?»Algunos planes son buenos. Es cuestión de vigilar la industria», dijo Quesnel.»Pero hasta que haya una penetración significativa en el mercado, [no sabremos] cómo reaccionarán nuestros clientes o cuáles serán sus demandas». Dijo que ha visto a empresas hacer grandes cambios en sus operaciones para adaptarse a pequeños cambios en la industria.»Pero ahora estamos hablando de un cambio completo en la industria».

Spurlock está de acuerdo en que el cambio es inevitable.»Muchos laboratorios que no tienen visión de futuro continuarán haciendo negocios como de costumbre, pero si no cambian su enfoque y lo que están dispuestos a hacer dentro de 10 años, será demasiado tarde».

Referirse a

  1. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/oil-condition-monitoring-market-62105661.html
  2. https://www.bcg.com/en-us/publications/2021/why-evs-need-to-acelerate-their-market-penetration

Berly McCoy es una escritora y productora científica independiente del noroeste de Montana.puedes contactarla kimberly.mccoy@westernum.org .

Este artículo apareció por primera vez en Tribological Lubrication Technology (TLT), la edición mensual de la revista. Sociedad de Tribólogos e Ingenieros de Lubricación (STLE), una asociación profesional internacional sin fines de lucro con sede en Park Ridge, Illinois. Reimpreso con permiso de STLE.

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