Lubricantes
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Lubricantes
1.- Introducción.
Cuando dos cuerpos sólidos se frotan entre sí, hay una considerable
resistencia al movimiento independientemente de lo pulidas que estén
las superficies. La resistencia se debe a la acción abrasiva de las aristas
y salientes microscópicas. La energía suficiente para superar esta
fricción se disipa en forma de calor y como desgaste de las partes
móviles. La fricción se puede reducir por el uso de materiales con
energía de fricción baja que se deslizan con facilidad una sobre otra.
Ejemplos de este tipo de superficies son el polietileno, el nylon y el
tetrafluoroetileno que se usan en aplicaciones especializadas. Cuando se
utilizan piezas metálicas es necesario el uso de sustancias adicionales
para disminuir la fricción entre las dos superficies en contacto. Estas
sustancias reciben el nombre de lubricantes.
Un lubricante, es por tanto, una sustancia capaz de disminuir la fricción
entre dos superficies que están en contacto. La palabra lubricante
proviene del latín “lubricum” que significa resbaladizo y veloz. Se trata
de una delgada capa de fluido, de espesor a veces inferior a una micra,
que se interpone entre dos superficies sólidas para evitar su contacto
directo y permitir que resbalen sin deteriorarse. Como consecuencia de
ello las ventajas que se derivan del uso de lubricantes son:
Reducir el rozamiento mejorando el rendimiento del motor y
disminuyendo el consumo de carburante.
Proteger los órganos mecánicos contra el desgaste y la corrosión
para garantizar la duración y la eficiencia del motor.
El aceite permite evacuar las impurezas gracias al filtro de aceite y
al drenaje para mantener la limpieza de las partes motor.
Reforzar la impermeabilidad (estanqueidad), indispensable para
asegurar el buen funcionamiento del motor.
Evacuar de manera eficaz el calor, enfriando el motor para evitar
la deformación de las piezas.
Existen diferentes tipos de sustancias lubricantes: productos líquidos
como aceites minerales y aceites sintéticos, productos semisólidos como
las grasas, lubricantes sólidos como el grafito, el sulfuro de molibdeno o
las talocianinas y finalmente, el aire es un ejemplo de lubricante natural
gaseoso.
Un lubricante está formado por la base y los aditivos. La base confiere
las propiedades de fondo y los aditivos adecuan las propiedades a los
requerimientos específicos de la aplicación. Dos lubricantes con
aplicaciones diferentes pueden tener la misma base y diferir en los
aditivos. Cuando se diseña un lubricante no se hace al azar sino con el
objetivo de superar determinadas especificaciones, que habitualmente
comprenden ensayos en laboratorio y ensayos en motor.
2.- Características de las bases lubricantes.
Las características de las bases lubricantes son fundamentales en las
distintas aplicaciones, y la forma de medir estas propiedades es muy
importante a la hora de fabricar aceites terminados. Las normas que se
usan de manera habitual son las normas editadas por el organismo de
normalización norteamericano (ASTM), aceptadas internacionalmente.
Las características más importantes son las siguientes:
Viscosidad cinemática: El aspecto más importante a la hora de
elegir correctamente un lubricante es su viscosidad
(característica fundamental del lubricante). Se mide en
centistokes (cSt), a una determinada temperatura que suelen ser
100 y 40 ºC. Esta propiedad indica como de pesada es la base
lubricante. Las bases más ligeras tienen una viscosidad en torno a
2 cSt (a 100 ºC), mientras que las más pesadas están en torno a
45 cSt (a 100 ºC). Las bases se suelen nombrar por su viscosidad,
una de grado ISO 32 (International Standards Organization)
significa un aceite con una viscosidad 32 cSt (a 40 ºC), mientras
que un ISO 15 tiene una viscosidad de 15 cSt a la misma
temperatura. Sin embargo la nomenclatura más usada en el
mundo comercial es la denominada viscosidad Saybolt. Así una
base SN 150 tiene una viscosidad de 150 SSU (segundos Saybolt
Universal) a 40 ºC (equivale a un ISO 32).
La viscosidad es esencial para asegurar una correcta lubricación
hidrodinámica. Por ejemplo en el caso de cojinetes planos
(funcionan a altas velocidades y altas cargas) y en los sistemas
hidráulicos de baja presión se requieren aceites minerales de baja
viscosidad. Una maquina de coser también requiere un aceite de
baja viscosidad. Cuando se trabaja con cargas mayores y
velocidades más bajas se necesitan aceites con una mayor
viscosidad (equipo de orugas para trabajo pesado; sistemas de
alta presión). Un refrigerante requiere un lubricante que retenga
sus propiedades a baja temperatura, mientras que en una turbina
de vapor el lubricante tiene que ser resistente a la oxidación a
altas temperaturas.
Índice de Viscosidad: Este índice indica la capacidad de un
lubricante de mantener constante su viscosidad en un amplio
rango de temperaturas. Se determina a partir e los valores de
viscosidad a 40 y 100 ºC (es una medida arbitraria de la forma en
que la viscosidad varía con la T y se determina por comparación
con un patrón). Un IV alto indica que el cambio de viscosidad con
la T es pequeño, mientras que un IV bajo indica que el aceite
cambia mucho su viscosidad con la variación de temperatura.
Normalmente se desea que el IV sea lo más alto posible, ya que
eso significa que la lubricación de las superficies es relativamente
similar a todas las temperaturas. Los valores de esta propiedad
suelen ser mayores de 90, estando su valor habitual entre 95 y
105 para las bases convencionales.
Punto de inflamación: Es la temperatura a partir de la cual una
sustancia arde si se le aplica una llama al menos durante 5
segundos. Este valor limita la temperatura a la que el aceite debe
estar expuesto. Cuanto más pesado es el aceite mayor es su Ti.
Para los más ligeros la Ti está en torno a 105 ºC.
Punto de congelación: Es la temperatura a la cual el producto
se congela e indica la temperatura mínima de uso. Las bases
convencionales tienen un punto de congelación en torno a -9 ºC,
pero el de las sintéticas es considerablemente inferior (-20 a -60
ºC).
Volatilidad: Es el porcentaje de producto que, bajo determinadas
condiciones de temperatura, se evapora. Este ensayo es
particularmente importante para bases que deben trabajar a
elevada temperatura, como los aceites del motor. Una volatilidad
demasiado alta implica una alta evaporación y con ello una
variación de las propiedades físicas a lo largo de la vida del
aceite, lo que es indeseable.
Azufre: El contenido en azufre mide el grado de refino de base
lubricante, cuanto menor es el contenido de azufre mayor es el
refino. La tendencia actual es una disminución progresiva de
azufre hasta su práctica ausencia.
Composición hidrocarbonada (sólo para bases
convencionales): La composición hidrocarbonada marca las
propiedades de la base. Lo deseable es un alto contenido en
hidrocarburos saturados (lineales y ramificados) que proporcionan
un alto IV. Los aromáticos presentan bajos IV y su volatilidad es
mayor que la de los saturados.
La viscosidad, pto. de inflamación y el pto. de flujo aumentan con el
peso molecular. La densidad tiende a incrementarse con el Pm al
principio pero luego se hace constante. Además el lubricante ha de ser
químicamente estable (no degradarse y oxidarse o formar lodos durante
el uso).
Un lubricante además de ser un agente antifricción, actúa como
sellante, refrigerante, antioxidante y detergente. Los lubricantes de
última generación permiten ahorros de combustible y, por tanto,
reducen las emisiones de gases perjudiciales para el medio ambiente.
El proceso de fabricación de un lubricante es relativamente sencillo.
Consiste en mezclar los aceites base y los aditivos en un reactor o
mezclador aplicando calor y agitando hasta alcanzar la adecuada
homogeneidad de la mezcla sin que tenga lugar proceso químico alguno.
La dificultad se deriva del elevado número de aceites diferentes (250
productos) y de su incompatibilidad relativa.
3.- El mercado mundial de los lubricantes.
El mercado mundial de lubricantes alcanza los 38,5x106 Tm anuales. El
mercado español se sitúa ligeramente por encima del medio millón. La
distribución corresponde aproximadamente a:
Automoción 61%
Industria 24%
Otros 15%
En Europa, el consumo de lubricantes de automoción ha sufrido una
evolución contraria al de ventas de vehículos y consumo de combustible.
Partiendo de un índice 100 en 1979, las ventas de vehículos alcanzaron
163 en 1997, el consumo de combustible creció hasta 146, mientras que
el índice de consumo de lubricantes descendió hasta 86 (ver figura). La
razón que explica esta divergencia es la mejora constante en la calidad
de los lubricantes que permite que un vehículo pueda recorrer una
mayor cantidad de kilómetros entre cambios de aceite. Así mientras que
en 1970 se efectuaba el cambio de aceite cada 5000 Km, en los coches
actuales es suficiente un cambio cada 30.000 Km. El consumo de aceite
también ha disminuido de 130 l en los automóviles de la época de los 70
hasta los 25 l de los actuales.
Los componentes básicos de un lubricante son: la base y los aditivos. A
ellos hay que añadir los materiales auxiliares como el envase, tapón y
etiqueta que si bien no intervienen en la formulación del producto
juegan un papel fundamental en la puesta a disposición del cliente. Las
bases lubricantes utilizadas en la formulación de los aceites y grasas son
de varios orígenes:
Bases minerales de crudo de petróleo, las cuales se clasifican a su
vez en:
o Bases minerales convencionales y
o Bases hidrocraqueadas
Bases sintéticas: esteres, hidrocarburos sintéticos (poli-α-olefinas,
poliisobutenos) y polioxietilenos.
Bases regeneradas a partir de aceites usados. Actualmente todos
los lubricantes han de contener un 15% de bases regeneradas.
Bases naturales: aceite de colza, girasol, etc.
5.- Bases minerales
5.1- Bases convencionales (grupo I)
Las bases convencionales están constituidas por aceites
hidrocarbonados derivados del petróleo crudo por procesos físicos.
Primero se realiza una destilación fraccionada a vacío (P=10-100 mmHg)
y después una extracción con propano líquido. Se obtienen así los
lubricantes brutos.
Los aceites (lubricantes brutos) así obtenidos contienen hidrocarburos
de 20 a 30 átomos de carbono. Se someten a un proceso de
desaromatizado que consiste en una extracción con furfural con objeto
de eliminar los hidrocarburos aromáticos. El furfural es muy polar y sólo
disuelve los compuestos más polares que son los aromáticos. Estos
presentan una buena resistencia a la oxidación pero su viscosidad varía
rápidamente con la temperatura. Además debido a su menor relación
hidrógeno/carbono, respecto de los alifáticos, a elevadas temperaturas
se carbonizan con más facilidad y forman un lodo negro insoluble. El
proceso de desaromatizado aumenta el índice de viscosidad, disminuye
el contenido en azufre y rebaja el punto de congelación.
El producto resultante de la extracción con furfural es sólido debido a su
alto contenido en parafinas y, por ello se somete a una segunda
operación denominada desparafinado. Este proceso consiste en eliminar
hidrocarburos con altos puntos de fusión (hidrocarburos denominados
ceras o parafinas). Las parafinas se eliminan disolviendo el aceite con
una mezcla de tolueno y 2-butanona, que es enfriada a -5(C hasta que
las parafinas cristalizan y se eliminan por filtración.
Los aceites parafínicos así obtenidos constituyen aproximadamente el
92% de la producción mundial. Presentan un bajo contenido en ceras, y
suelen presentar un índice de viscosidad entre 90 y 100.
5.2.- Bases hidrocraqueadas (grupos II y III)
Las bases no convencionales se obtienen también del petróleo pero
utilizando procesos de refino sobre distintas fracciones para conseguir
aceites base con muy alto índice de viscosidad (VHVI). Uno de los más
empleados es el Hidrocraqueo del gasóleo (C15-C22). En el proceso se
utiliza H2, catalizadores metálicos (Co-Mo, Ni-Mo o Ni-W) y condiciones
drásticas de P (>200 atm) y T (>400 (C). Con este proceso se obtienen
aceites base con índices de viscosidad superior a 115 (grupo II).
También se utilizan procesos de isomerización de parafinas en el que se
transforman las n-parafinas en iso-parafinas generando aceites base de
índice de viscosidad superior a 120 (grado III).
Recientemente la Shell ha trabajado en la construcción de una planta
piloto de producción de bases con un índice de viscosidad
extremadamente alto (XHVI, bases GTL con IV=136) a partir de gas
natural mediante un proceso Fischer-Trops (Malasia).
Las bases de origen mineral son válidas para la gran mayoría de las
aplicaciones para las que son requeridas. Sin embargo cuando se
necesita trabajar en condiciones extremas, estas bases sufren algunos
límites en su comportamiento. Algunas de estas limitaciones son:
A temperaturas por debajo de –20 (C, la mayoría de los aceites
minerales, salvo cuando se les ha añadido aditivos depresores del
punto de congelación, comienzan a solidificar.
A temperaturas por encima de 180 (C, los componentes de peso
molecular inferior se evaporan, causando un incremento de
viscosidad en el aceite y, alterando, en consecuencia, la mayoría
de sus propiedades.
Cuando se trabaja a altas temperaturas, los aceites minerales
reaccionan más fácilmente con el oxígeno del aire, formando
gomas y residuos que espesan el aceite.
Las propiedades viscosidad/temperatura de algunos aceites
minerales implican que son demasiado fluidos a altas
temperaturas y muy poco a bajas temperaturas.
Desde el punto de vista medioambiental los aceites base de origen
mineral no son completamente biodegradables.
6.- Bases sintéticas.
Las bases sintéticas se utilizan en aquellas aplicaciones en los que los
aceites minerales no son recomendables debido a la agresividad del
ambiente (alta T, radiación nuclear, oxidantes fuertes) o, a que el menor
desgaste y menor mantenimiento del equipo justifican el incremento del
coste. Las ventajas que presentan son las siguientes:
Menor Tf (aptas a menores temperaturas de operación).
Mayor estabilidad a la oxidación (temperatura de trabajo más
alta).
Mayor índice de viscosidad (rango de operación más amplio y
menor dosis de aditivo)
Menor volatilidad (menor consumo de aceite)
Mejor lubricidad (menor grado viscosímetro)
Biodegradabilidad (mejor comportamiento ambiental)
Baja toxicidad
Combustión limpia
Resistencia al fuego (aplicaciones especiales hidráulica)
Las bases sintéticas son esenciales a temperaturas subárticas, por
encima de 170 (C y en la industria aeroespacial. Requieren menos
aditivos y son más fáciles de reciclar. Al ser más eficaces disminuyen el
consumo de combustible.
Las bases sintéticas se clasifican en tres grandes grupos:
Esteres sintéticos
Hidrocarburos sintéticos
Polietilenglicoles (o polioxietilenos)
6.1.-Esteres sintéticos.
Los esteres derivados de alcoholes de cadena larga y ácidos carboxílicos
fueron inicialmente utilizados como lubricantes en turbinas de gas para
aviación. Actualmente se usan en aceites para motores de automoción y
marinos, compresores, sistemas hidráulicos y engranajes. Presentan una
baja toxicidad y son biodegradables. El proceso de fabricación consta de
cuatro etapas: esterificación, neutralización, destilación y filtración. La
esterificación se realiza en presencia de catalizadores ácidos y con
eliminación continúa de agua para desplazar el equilibrio a la derecha.
Se puede utilizar una amplia variedad de compuestos para la
preparación de los esteres lo que permite preparar bases con índices de
viscosidad determinados. En general cuanto mayor es el Pm del
polímero mayor es la viscosidad. Otras características tales como pto. de
inflamación, solubilidad, pto. de vertido también se ven afectadas por el
Pm. Su principal desventaja se debe a su alta polaridad que les hace
muy agresivos frente a las piezas de caucho (disuelven lentamente las
juntas elastoméricas). Las propiedades y usos más comunes de los
esteres lubricantes se comentan a continuación.
Diesteres
Son los más utilizados entre los esteres sintéticos. Son más estables a la
oxidación y al calor que los hidrocarburos, comenzando a
descomponerse a 200 (C. Se preparan a partir de un diácido lineal y un
alcohol ramificado. La parte lineal del diácido, generalmente ácidos
adípico y sebácico, aporta elevado índice de viscosidad, mientras que la
parte ramificada del alcohol (2-etilhexanol) es la responsable de las
buenas propiedades a baja temperatura. Se usan en turbinas de
aviación, motores y compresores de aire.
Ftalatos
Se obtienen por reacción del anhídrido ftálico con un alcohol. Son los
que presentan la mejor relación efectividad/precio y se utilizan en
múltiples aplicaciones industriales tales como compresores de aire
donde sustituyen a los aceites minerales. Su desventaja es una mala
relación índice de viscosidad/punto de congelación.
Trimelitatos (esteres de ácidos tribásicos)
Se obtienen por reacción del anhídrido trimelítico con un alcohol. Se
utilizan en sustitución de los ftalatos en aquellas aplicaciones que
requieren propiedades más exigentes. Debido a su elevado Pm tienen
puntos de inflamación altos, bajas volatilidades y estabilidad térmica
muy buena.
Esteres de poliol
Su estabilidad térmica es del orden de 50 ºC superior a los diesteres de
viscosidad equivalente. Se obtienen por reacción entre un ácido
monofuncional (pentanoico, octanoico y nonanoico) y un poliol
(pentaeritritol, alcohol neopentílico). Se utilizan en sustitución de los
diesteres cuando se requiere estabilidad a alta temperatura. Así son
útiles en sistemas hidráulicos resistentes al fuego y turbinas de gas en
aviación. Los productos de degradación son volátiles o solubles por lo
que no forman lodos.
Propiedades de los esteres sintéticos
6.2.- Hidrocarburos sintéticos.
Los hidrocarburos sintéticos más utilizados son las alfa poliolefinas
(PAO), y los poliisobutenos.
Las PAO son lubricantes sintéticos obtenidos a partir de etileno en un
proceso en dos etapas. En la primera etapa se produce el proceso de
polimerización de etileno. El Pm del polímero puede controlarse
cambiando las condiciones experimentales y el catalizador. Como
catalizadores se utilizan BF3 para preparar PAOs de baja viscosidad (2-
10 cSt a 100 (C) y compuestos de trialquilaluminio para obtener PAOs de
mayor viscosidad (40-100 cSt a 100 (C). En la segunda etapa se lleva a
cabo una hidrogenación en presencia de catalizadores metálicos (Ni o
Pd). Las PAO se purifican por destilación. Estos lubricantes no son aptos
en aplicaciones a altas temperaturas y, su resistencia al fuego es menor
que la de los esteres.
Propiedades de polialfaolefinas (%S=0)
Los poliisobutenos son polímeros de alto Pm (270 a 6000 umas) que
proceden de la polimerización de 1-buteno, 2-buteno e isobuteno
procedentes de los procesos de craqueo al vapor de fracciones pesadas
del petróleo. Se obtienen por polimerización catiónica con ácidos de
Lewis como catalizadores. Controlando las condiciones experimentales
se obtienen polímeros de diferente longitud de cadena. Los polibutenos
de diferentes Pm pueden mezclarse para suministrar viscosidades
adecuadas. Se pueden sintetizar polibutenos desde 1 a 45.000 cSt a 100
(C correspondientes a un Pm entre 180 a 5800. Se usan en compresores
de etileno y en engranajes de automoción.
Las ventajas de los polibutenos se deben a:
Se presentan en distintos grados viscosímetros (véase nota al pie
5).
Buen comportamiento anticorrosivo
No son tóxicos
Se queman sin producir residuos
Excelentes propiedades de lubricación
Son miscibles con aceites minerales y con hidrocarburos sintéticos
Sus desventajas:
Moderada estabilidad a la oxidación
Alta volatilidad
Moderado comportamiento en el flujo a baja temperatura
Baja biodegradabilidad
Propiedades de poliisobutenos
6.3.- Polioxietilenos
Se obtienen por polimerización de óxido de etileno y óxido de propeno
con alcoholes o agua. Comercialmente se utilizan polímeros de dos
tipos:
Homopolímeros de óxidos de propeno que son insolubles en agua
y tienen una solubilidad limitada en aceite.
Copolímeros de óxidos de etileno y óxidos de propeno que son
solubles en agua.
Se fabrican poliglicoles con rangos de viscosidad desde 3cSt a 40 ºC
hasta 100.000 cSt a la misma temperatura dependiendo de la longitud
de la cadena polimérica.
Los polioxietilenos se usan en sistemas hidráulicos resistentes al fuego,
compresores y engranajes industriales.
7.- Aditivos
Los aditivos son productos químicos que intervienen en la formulación
de un lubricante para mejorar o reforzar sus propiedades. Gracias a los
aditivos los aceites lubricantes han adquirido las propiedades con los
que les conocemos actualmente.
Hay cuatro grandes compañías que dominan el mercado de los aditivos:
Infineum, Lubrizol, Oronite (Chevron) y Ethyl. La proporción de aditivos
incorporados a una base lubricante ha aumentado en los últimos años
alcanzando una tasa en torno al 25-30% y el resto, hasta el 100%, es el
aceite base (70-75%).
Los aditivos cumplen dos finalidades:
1. Proteger la superficie metálica y
2. Mejorar las propiedades del aceite base.
Los aditivos se clasifican atendiendo a la función que realizan en los
siguientes tipos:
Mejoradores del índice de viscosidad
Depresores del punto de congelación (depresores del punto de
flujo)
Antioxidantes
Inhibidores de la corrosión
Dispersantes
Agentes antiespumantes y
Mejoradores de la lubricación
7.1.- Mejoradores del índice de viscosidad (5-12%)
Los mejoradores del IV son aditivos que mejoran la viscosidad del aceite
base; permite al aceite tener una buena viscosidad en frío (facilitan el
arranque reduciendo la temperatura de fluidez crítica a entre -15 y -
45°C según los aceites) y suficiente viscosidad en caliente para
garantizar correctamente la lubricación del motor y evitar el contacto de
las partes en movimiento.
Para muchos usos, como son los lubricantes para maquinaria de
automóviles o líquidos de transmisiones automáticas, se requieren bases
con altos I.V. Para ello se añaden los mejoradores del I.V., que son
polímeros de elevado peso molecular, poco solubles en la base
lubricante y que se encuentran formando una suspensión coloidal en el
aceite. Estos compuestos aumentan más la viscosidad a temperaturas
elevadas que a temperaturas bajas. Se debe a que a bajas temperaturas
las moléculas del polímero se encuentran enrolladas, como partículas
coloidales, con poco efecto sobre la viscosidad. Al aumentar la
temperatura aumenta la solubilidad del polímero, y las moléculas se
desenrollan aumentando por tanto la viscosidad y compensando la
pérdida de viscosidad sufrida por el aceite lubricante con la T (mejora la
relación viscosidad-temperatura). De esta forma se pueden alcanzar IV
superiores a 180. Se consiguen así los aceites llamados multigrado. Se
emplean copolímeros estireno-butadieno, etileno-propeno, isobuteno-
metacrilato con Pm de 30000 a 200.000 umas.
El grupo alquilo de la cadena larga le confiere solubilidad en la base y
contribuye a la no cristalinidad del polímero.
El punto de flujo es la temperatura por debajo de la cual los aceites
dejan de fluir debido a la cristalización de los hidrocarburos de mayor
Pm que forman una red entrecruzada de cristales.
Los depresores del punto de flujo actúan disminuyendo la Tf e impiden la
formación de macrocristales. Hay dos tipos de sustancias que actúan en
este sentido, los copolímeros de metacrilato que cocristalizan con las
ceras y cambian su estructura cristalina, de manera que impiden la
formación de cristales de gran tamaño (son los mismos que actúan
como mejoradores del I.V.). Por otra parte los fenoles y naftalenos
alquilados tienen el mismo efecto, pero actúan adsorbiendo lo cristales
de cera cuando comienzan a aparecer, impidiendo su agrupamiento y
favoreciendo que se mantengan en suspensión, así el aceite mantiene
sus propiedades de flujo a menores temperaturas. Se utilizan en dosis
muy bajas (0,01 a 0,3%) y pueden rebajar en 30 °C el punto de
congelación.
7.3.- Antioxidantes (1-10%)
Los antioxidantes evitan la oxidación del aceite y la corrosión del motor.
La oxidación de un aceite genera productos insolubles que forman lacas
y lodos que se depositan sobre los metales. También se producen ácidos
que originan corrosión del metal. La oxidación se produce por adsorción
del oxígeno del aire formándose peróxidos intermedios que dan lugar a
radicales libres. Los antioxidantes reaccionan con los peróxidos evitando
que el proceso de oxidación continúe.
Con los antioxidantes no sólo disminuye la oxidación del aceite base sino
que se evita la formación de lodos y la corrosión de las piezas metálicas.
Se utilizan compuestos que cambien fácilmente de estado de oxidación.
Algunos ejemplos son los siguientes:
Ditiofosfatos de Zn y derivados (son los más eficaces):
Son los más usados para aplicaciones a T>93 ºC. Los grupos R1, R2
pueden ser restos alquilo o arilo. Para R= 2-etilhexil; Tdescompos. = 189
ºC. Para R= propil; Tdescompos. = 130 ºC. Son aptos para casi todas las
bases. Estos ditiofosfatos también actúan como inhibidores de la
corrosión y mejoradores de la lubricación.
Compuestos fenólicos: 2,6-ditbutil-p-cresol
Esteres de azufre: utilizados en vehículos de gasolina
Aminas aromáticas como la α-naftilamina
7.4.- Inhibidores de la corrosión
Los inhibidores de la corrosión impiden que los ácidos, formados en los
procesos de oxidación, ataquen a la superficie metálica. Actúan
fijándose a las partículas coloidales resultantes de los procesos de
oxidación aumentando la solubilidad de estas y por tanto impidiendo
que se depositen y formen agregados de mayor tamaño. Además se
fijan a la superficie metálica evitando el contacto de esta con sustancias
corrosivas. Son especialmente útiles en aplicaciones en las que se
trabaja a bajas temperaturas. Se emplean, fenoles etoxilados y fosfatos
de aminas grasas entre otros.
7.5.- Dispersantes-Detergentes (5-15%)
Los detergentes evitan la formación de depósitos o barnices en las
partes más calientes del motor y los dispersantes mantienen en
suspensión las impurezas sólidas formadas durante el funcionamiento
del motor (lodos, gomas, hollines).
En una máquina de combustión interna los materiales extraños tienden
a contaminar el aceite. El agua, el combustible parcialmente quemado y
los materiales carbonosos pasan por los anillos de los pistones hasta el
carter. El S que contienen los combustibles se transforma en ác.
sulfúrico. El mismo aceite lubricante forma depósitos a altas
temperaturas. Todos estos materiales forman emulsiones viscosas o
lodos que, si no se consigue mantenerlos en suspensión, se depositan
sobre las superficies frías o bien reaccionan formando depósitos duros
denominados "barnices". El propósito de un detergente-dispersante es
evitar la formación de estos "barnices". Los dispersantes actúan
adsorbiendo las partículas insolubles y previenen su crecimiento
impidiendo la aparición de partículas en suspensión.
Se emplean tensoactivos no iónicos, fundamentalmente polímeros con
grupos polares como la poliisobutenilsuccinimida. Estos compuestos
mantienen las impurezas en dispersión evitando su reagrupamiento. Los
PIB (M=100-2000 umas) se hacen reaccionar con anhídrido maleico y
etiléndiamina.
También se emplean alquilbencenosulfonatos de calcio y alquilfenatos
de calcio que neutralizan lo ácidos carboxílicos procedentes de la
combustión (efecto de limpieza). Se forman los correspondientes
carboxilatos de calcio que forman micelas estables con el tensoactivo.
7.6.- Agentes antiespumantes:
Los aceites lubricantes tienen valores bajos de tensión superficial, lo que
da lugar a la formación de espumas (dispersiones de un gas en un
líquido que se estabilizan por una película de líquido entre burbujas). La
espuma puede evitar que el aceite llegue a los lugares apropiados y, en
general, tiende a producir derrames y pérdidas de aceite. Algunos
antiespumantes actúan adhiriéndose a la burbuja y creando un punto
débil. Las burbujas coalescen en otras más grandes y se elevan a la
superficie reventando. Otros antiespumantes previenen la formación de
estas burbujas de aire interponiéndose en la interfase entre el aceite y el
aire. Los más usadas son polidimetilsiloxanos y derivados acetilénicos.
7.7.- Mejoradores de la lubricación (aditivos antifricción; 5-12%)
Estos aditivos evitan el desgaste de dos superficies metálicas en
contacto, disminuyendo las fuerzas de fricción y aumentando la vida del
motor.
En condiciones extremas de carga y velocidad, las bases lubricantes
pueden no ser capaces de formar capas lo bastante fuerte para evitar el
contacto entre las dos superficies metálicas. Los agentes que reducen la
fricción son agentes polares como las aminas grasas. Forman una capa
monomolecular adsorbida sobre la superficie metálica quedando el
extremo polar unido al metal y el graso al aceite.
El alquilditiofosfato de Zn y el ditiofosfomolibdato también son eficaces
para este fin y se cree que actúa reaccionando con la superficie del
metal en los puntos de contacto, originando una interfase más fusible
que el propio metal (películas que tienen una fuerza cortante menor).
Campos de aplicación de las bases sintéticas
LUBRICANTES
Definición.-Un lubricante es toda sustancia sólida, semisólida o líquida de origen animal, vegetal, mineral o sintético que pueda utilizarse para reducir el rozamiento entre piezas y mecanismos en movimiento.
CLASIFICACIÓN
S/Estado Sólidos
Semisólidos
Líquidos
grafito y sulfuro de
molibdeno
grasas
aceites
Parafínico
s
• Alto índice
de
viscosidad.
• Baja
volatilidad.
• Bajo poder
disolvente:
sedimentos.
Alto punto
de
congelación
.
s/ naturalezanaftecnico
s
• Bajo
índice de
viscosidad.
Densidad
más alta.
• Mayor
volatilidad.
Bajo punto
de
congelación
.
aromáticos
• índice de
viscosidad
muy bajo.
• Alta
volatilidad.
• Fácil
oxidación.
• Tendencia
a formar
resinas.
se
emulsionan
con agua
fácilmente.
OBTENCION DE ACEITES LUBRICANTES -mezcla de bases -aditivacion según gamas industria y automocion
FABRICACIÓN ACEITES LUBRICANTES Los procesos a seguir para la obtención de las distintas gamas de aceites lubricantes, tanto los tipos destinados a la industria como los de automoción, son los siguientes:
1.-Las bases con los distintos tratamientos de refino descritos en el capítulo anterior pasan a la planta de mezclas.
2.- Se efectúan las mezclas de estas bases (dos máximos) para obtener las viscosidades y calidades requeridas.
3.- Se complementan sus características incorporando a aquellos que lo requieran, distintos tipos de aditivos de acuerdo con su aplicación y posterior servicio.
ADITIVOS LUBRICANTES Como aditivos lubricantes se entienden aquellos compuestos químicos destinados a mejorar las propiedades naturales de un lubricante, y, conferirle tras que no poseen y que son necesarias para cumplir su cometido.
Las exigencias de lubricación de los modernos equipos y grandes máquinas en general, así como los motores de combustión interna de muy altas evoluciones y pequeño chárter, obliga a reforzar las propiedades intrínsecas de s lubricantes, mediante la incorporación de aditivos químicos en pequeñas entidades; y el hecho de que con pequeñas cantidades de estos compuestos químicos se modifiquen profundamente el comportamiento de los aceites, ha echo que se generalice mucho su empleo.
PROPIEDADES GENERALES DE LOS ADITIVOS Los aditivos se incorporan a los aceites en muy diversas proporciones, desde partes por millón, hasta el 20 % en peso de algunos aceites de motor. cada aditivo tiene una o varias misiones que cumplir, clasificándose al respecto , como unidades o multifunción hales.
Fundamentalmente, los aditivos persiguen los siguientes objetivos:
1. Limitar el deterioro del lubricante a causa de fenómenos químicos ocasionados por razón de su entorno o actividad.
2. Proteger a la superficie lubricada de la agresión de ciertos contaminantes.
3. Mejorar las propiedades físico-químicas del lubricante o proporcionarle otras nuevas.
ACTUACIÓN DE UN ADITIVO FRENTE A OTRO Y ANTE EL ACEITE BASE Naturalmente, los aditivos deben ser solubles en el aceite base, y el efecto que le confieren es, en algunos casos, peculiar para el aceite en el que se incorpora, o sea, que un aditivo que es efectivo en un aceite puede no serlo, al menos en el mismo grado, en otro. A esta propiedad se le puede denominados susceptibilidad del aceite para con el aditivo.
Al formular la composición de un aceite multiaditivado, se tiene muy en cuenta el comportamiento de los distintos aditivos entre sí. Su compatibilidad es una característica muy importante.
En mezcla con el aceite, dos o más aditivos son compatibles si no dan lugar a reacciones que formen compuestos indeseables o que mermen considerablemente, o bien anulen los efectos que se persiguen. Por otra parte, se da el caso, debido a un efecto de sinergismo, de que algunos aditivos vienen a reforzar la acción propia de otros. Por todo lo expuesto, se comprende que cuando sea necesario el reponer nivel en un sistema que contenga aceite aditivazo, se utilice siempre el mismo tipo que se está usando. Hoy en día, la mayoría de lubricantes necesitan de su aditivación para llevar a buen fin la misión que se les encomienda. Conforme los aditivos se van degradando con el uso, el aceite va perdiendo sus propiedades iniciales, y por ello se comprende que sea necesario el respetar los períodos estipulados para la renovación de aquél no sobre pasándolos.
Los aditivos normalmente utilizados en aceites lubricantes podríamos clasificarlos en los siguientes grupos según sus propiedades:
CLASIFICACIÓN DE ADITIVOS
PROPIEDADES SOBRE LAS QUEACTÚA TIPOS DEADITI VOS
a) Propiedades físicas viscosidad congelación
Mejorados del 1. y.
Depresor del p. de
congelación
b) Propiedades químicas Oxidaciones a baja
y alta temperatura
Corrosiones
Anti-oxidantes
Anti-corrosivos
Anti-herrumbre
y herrumbre
c) Propiedades físico-químico
Detergentes dispersantes y
antioxidantes Aditivos de
extrema presión para
engranajes Antiespumantes
Emulgentes
Detergentes y antioxidantes o
multifunciónales (HO) De
untuosidad, anticorrosivos y
de E. Contra formación de
espuma. Emulsionantes.
ACTUACIÓN SOBRE PROPIEDADES FÍSICAS
a) mejoradores del índice de viscosidad
Estos aditivos no modifican las propiedades intrínsecas del aceite, tales o la estabilidad térmica y química. La acción de estos aditivos sobre el aceite se traduce en: un espesamiento eral del aceite más pronunciado a temperaturas elevadas que se traduce un
El índice de viscosidad es un número arbitrario, calculado mediante la de binación de la viscosidad del lubricante tomada a dos distintas temperatura el cual indica la resistencia que tiene un lubricante a cambiar su viscosidad la temperatura. Cuando el valor de índice de viscosidad es más alto, agita la resistencia del lubricante a espesarse a bajas temperaturas 1.- Poliisobutenos.
2.-Copolímeros de alquil metacrilato.
3 Copolímeros de alquil acrilato.
I.- Copolímeros de vinil acetato-alquil fumaratos.
5.-Poliestireno alquilatado.
b) depresores del punto de congelación
Cuando un aceite procedente de crudos parafínicos se le somete a temperaturas bajas, sufre un cambio notable en su estado físico consistente en una congelación total. Esto es debido al alineamiento, natural de los hidrocarburos que componen la masa de aceite, provocando la cristalización a bajas temperaturas de la parafina presente en las fracciones de estos tipos de lubricantes.
Los depresores del punto de congelación son productos químicos que modifican el proceso de cristalización de la parafina, de tal modo que el aceite puede escurrir a baja temperatura. Los tipos de depresores que se utilizan actualmente son polímeros de los siguientes tipos:
1.- Polímeros y copolímeros de alquil metacrilato.
2.- Poliacrilamidas.
3.- Copolimeros de vinil carboxilato-dialquil fumaratos.
4.- Poliestireno alquilatado.
5.-x Polímeros y copolímeros de alfa-olefinas.
ACTUACIÓN SOBRE PROPIEDADES QUÍMICAS
a) Antioxidantes
En términos generales, la oxidación está influenciada por los siguientes parámetros:
Temperatura - oxígeno - tiempo - impurezas químicas en el aceite y catalizadores.
En consecuencia, el aceite atraviesa por una serie compleja de reacciones de oxidación, existiendo varias teorías sobre este fenómeno, pero la más clara es la llamada de radicales libre, donde la auto-oxidación se forma en tres
Los principales antioxidantes utilizados actualmente son:
1. Ditiofosfatos de zinc (también efectivo como inhibidor de corrosión). 2. Fenoles bloqueados (cuales el grupo hidróxilo está bloqueado estéticamente). 3. Aminas: N-fenil-alfa-riaftilamina N-feni Tetrametildiaminodifenilmetano Ácido antranílico
1. Ditiofosfatos metálicos, especialmente de zinc 2. Ditiocarbonatos metálicos, principalmente de zinc. 3. Terpenos sulfurizados. 4. Terpenos fosfosulfurizados. De los cuatro tipos de inhibidores de la corrosión, los de mayor uso comercial son los ditiofosfatos de zinc (dialquil diarilditiofosfato de zinc).
b) Anticorrosivos
El término de «inhibidor de corrosión» se aplica a los productos que protegen los metales no ferrosos, susceptibles a la corrosión, presentes en un motor o mecanismo susceptible a los ataques de contaminantes ácidos presentes en el lubricante. Por lo general, los metales no ferrosos en un motor se encuentran en los cojinetes.
La mayoría no eran productos puros, sino mezclas de mono, ditriorganofosfitos, obtenidos mediante la reacción de alcoholes o hidroxiésteres con tricloruro de fósforo.
c) Antiherrumbre
El término antiherrumbre se usa para designar a los productos que protegen las superficies ferrosas contra la formación de óxido.
Tales como los utilizados en turbinas, trenes de laminación, circuitos hidráulicos, calandras, etc., el aceite utilizado debe soportar la presencia de agua, libre y/o disuelta en el mismo. Dicha agua proceder. en la mayoría de los casos de condensación, conduce a la formación de herrumbre en las superficies de hierro o acero de los Sistemas que contienen el aceite. Lo mismo sucede en el interior de cárters o alojamientos para el aceite de engranajes, cojinetes, compresores, motores de explosión, etc.
PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS
a) Detergentes
Como aditivos detergentes se entienden aquellos productos capaces de evitar o reducir la formación de depósitos carbonosos en las ranuras de los motores de combustión interna cuando operan a altas temperaturas, así como `a acumulación de depósitos en faldas de pistón, guías y vástagos de válvulas.
Como aditivos antiácidos, alcalinos o súper básicos (que de todas estas formas se denominan), se entienden aquellos productos generalmente del tipo detergente, que poseen
una reserva alcalina capaz de neutralizar los ácidos fue se originan de la combustión del azufre presente en el combustible.
Los aceites de motor se ven expuestos a operar bajo ¡a acción de elevadas temperaturas, que tienden a originar cambios en ¡a naturaleza química del aceite, dando lugar a productos de oxidación. Estos productos, insolubles en el aceite, aparecen como diminutas partículas y ¡legan a aglomerarse o a depositarse en las partes internas del motor.
Resulta muy común confundir los términos detergente y dispersante por: cuanto que la limpieza del motor se asocia más con la propiedad detergente que la dispersante. Como dispersante, ya veremos, se entienden aquellos productos capaces de impedir la precipitación de los originados como consecuencias; operar los motores de combustión interna a bajas temperaturas con abundante condensación de agua sobre el aceite.
La mecánica según la cual actúan los aditivos detergentes, no está aún muy clara, si bien se cree que actúa frenando el proceso de desintegración térmica, muy posiblemente de modo análogo a como actúa el tetraetilo de plomo para mejorar el octanaje de una gasolina.
b) Dispersantes
El término dispersante se reserva para designar aquellos aditivos capaces de dispersar los «lodos húmedos» originados en el funcionamiento frío del motor. Suelen estar constituidos por una mezcla compleja de productos no quedados de la combustión, carbón, óxidos de plomo y agua.
Los dispersantes recubren a cada partícula de una película por medio de fuerzas polares, que repelen eléctricamente a las otras partículas, evitando se aglomeren, o sea, que actúan como acción complementaria de los detergentes que ejercen cierta acción dispersante sobre los lodos del cárter, pero solamente operan cuando las temperaturas del motor son las normales. Para bajas temperaturas del motor, la investigación se orientó hacia el desarrollo de compuestos orgánicos
Los aditivos de los grupos 1, 3 y4 que han tenido aceptación comercial son:
Copolímeros de alquil metacrilato y vinilpirolidona.
— Copolímeros de alquil metacrilato y diaquilaminoetil metacnlato.
— Poliisobutilen suceinimidas poliesteramidas.
c) aditivos multifunciónales
Son aquellos que en una sola molécula encierran propiedades múltiples:
Detergente / antioxidante / dispersante / mejorador del índice de viscosidad, etc.
d) Aditivos de extrema presión (E.P.)
Como aditivos de extrema presión o E.P. se denominan aquellos productos químicos capaces de evitar el contacto destructivo metal-metal, una vez que hadesaparecido la película clásica de lubricante de una lubricación hidrodinámica. Cuando esto ocurre, se dice que llegamos a una «lubricación límite».
Esencialmente, todos los aditivos E.P. deberán contener uno o más elementos o funciones, tales como azufre, cloro, fósforo o sales carboxílicas capaces de reaccionar químicamente con la superficie del metal bajo condiciones de lubricación límite.
La facilidad o «actividad» con que un aditivo E.P. puede reaccionar químicamente con la superficie del metal, determina en gran medida la aplicación del mismo:
Aceites de corte - engranajes normales - engranajes hipoidales - aceites de turbinas, etc.
Estos productos parece ser que actúan localmente en los puntos de máxima fricción para dar lugar a sulfuros, cloruros, etc., con una tensión de corte baja que les hace comportarse como un lubricante.
e) Aditivos de untuosidad o acetosidad
Son compuestos que, siendo solubles con el aceite, presentan una fuerte polaridad. Tal es el caso de los ácidos animales y vegetales, los cuales permiten en condiciones de lubricación límite, disponer sus moléculas adheridas a la superficie metálica mediante fuerzas de tipo electrostático e incluso químicas, protegiéndolas cuando existen fuertes cargas o presiones en superficies metálicas que se deslizan entre sí. Se utilizan en lubricación de guías, trenes de laminación y en ciertos tipos de engranajes.
f) Antiespumantes
Cuando un aceite está sometido a una acción de batido o agitación violenta, en presencia de aire, éste queda ocluido en la masa de aquél en forma de burbujas de distinto tamaño que tienden a subir a la superficie, formando espuma más o menos persistente. Las burbujas de mayor tamaño se rompen con más facilidad que las pequeñas, jugando un importante papel en estos procesos de rotura la tensión superficial del aceite. La tendencia en la formación de espuma viene incrementada por:
Temperaturas bajas - viscosidad alta - presencia de agua - velocidades de agitación elevada y tensiones superficiales altas.
Medir, y se establece una numeración del O al 8 en sentido creciente. Pero en los productos muy claros tales como los aceites aislantes, aceites blancos técnicos, etc. En los aceites en servicio, un cambio de color puede alertar sobre una posible alteración en su integridad, deterioro, contaminación, etc.
g) aditivos emulsionante
Estos se emplean en los aceites que se destinan a la lubricación de maquinaria expuesta al agua, pues se forma una emulsión perfecta con esta evitado que el aceite sea desplazado o lavado con órganos a lubricar estos aditivos mejoran la estabilidad de las emulsiones al descender la tensión interfacial del sistema y proteger las gotas de agua por una película interfacial
PROPIEDADES DE LOS LUBRICANTES
Los principales fabricantes de maquinaria y equipos en general exigen que los lubricantes que se deben utilizar en sus fabricados, cumplan ciertas especificaciones y exigencias acordes con la severidad de las condiciones de diseño y servicio de sus máquinas. Con el fin de unificar criterios, distintas corporaciones y organismos han desarrollado procedimientos de
ensayo normalizado, capaz de medir las propiedades del lubricante en cuanto a su calidad, identificación, detección de adulteraciones y contaminaciones así como vigilancia de su comportamiento en servicio. Los de mayor uso en nuestro país son las correspondientes
Definición de las siglas
ASTM (American Society Of. Testing Materials)
- DIN (Deuts che lnstitut fur NormUng)
- INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial)
-IP (Institute of Petroleum).
A continuación vamos a describir brevemente estas propiedades:
PROPIEDADES FÍSICAS
Color y fluorescencia
Actualmente estas características carecen de valor como criterio de evaluación de los aceites terminados, ya que pueden ser modificados o enmascara dos por los aditivos. Sin embargo hace unos años los usuarios daban una gran importancia al color de los aceites, como indicativo de un mejor o peor grado de refino, y por otro lado la fluorescencia se tomaba como indicativa del origen del crudo.
Así la fluorescencia azulada caracterizaba a los aceites artificiales y la fluorescencia verde a los paratíficos.
El procedimiento más usual para determinar el color es el ASTM-D-1 500 con el que se comparan vidrios patrón de Distintos colores con el aceite a
DENSIDAD
La densidad de los aceites lubricantes está relacionada con la naturaleza del crudo y el punto de destilación de la fracción, para fracciones equivalentes los aceites parafínicos son de menor densidad y los aromáticos los de mayor densidad, correspondiendo a los tipos nafténicos las densidades intermedias.
La terminología que se emplea al referirse a esta característica puede con ducir a ciertas confusiones, por lo que vamos a definir los términos que aparecen con más frecuencia.
La densidad es la razón entre el peso de un volumen dado del aceite y el peso de un volumen igual de agua.
Esta característica tiene cierta importancia en el campo comercial ya que permite convertir el volumen en peso, e indicativa del tipo de crudo del que procede el aceite.
VISCOSIDAD
La propiedad física más importante de un lubricante líquido es su viscosidad. En términos sencillos, la viscosidad de un líquido puede definirse como su. Resistencia a fluir y como una medida del rozamiento entre sus moléculas. Como la resistencia a fluir depende de las fuerzas intermoleculares que se desarrollan en el interior del líquido, es de éstas de quien dependerá finalmente la resistencia mecánica observada cuando se hace deslizar una capa de líquido sobre otra capa adyacente de este mismo líquido.
Por ello sé comprende fácilmente que la viscosidad de un fluido tan complejo como un aceite mineral puede verse modificada considerablemente, de una parte, por las variaciones internas de su composición y estructura, determinadas por el origen del petróleo crudo y su proceso de refino, y por otra por las condiciones externas tales como la temperatura y la presión, que pueden influir sobre las fuerzas moleculares.
VISCOSIDAD ABSOLUTA O VISCOSIDAD DINÁMICA
La viscosidad absoluta, o dinámica, puede definirse a través de la figura 1 que representa dos placas horizontales y paralelas, alejadas entre sí una distancia h.
La placa superior es móvil mientras que la inferior es fija. Ambas están separadas por una película de aceite.
Para que se produzca el desplazamiento de la placa superior de superficie «S a una velocidad constante sobre la superficie del aceite y hacer deslizar las capas adyacentes unas sobre otras, resulta necesario aplicar una fuerza tangencial F. Como la película de aceite se adhiere a las superficies de las placas, la capa inferior de moléculas queda estacionaria mientras que la capa superior se desplaza a la velocidad V de la placa superior y cada una de las capas intermedias se desplazará a una velocidad «y», directamente proporcional. Newton puso de manifiesto que la fuerza E constituía una medida del frotamiento interno del fluido o de su resistencia al cizallamiento, y era proporcional a la superficie S y al gradiente de velocidad V/h expresado de la siguiente forma:
La unidad de viscosidad cinemática es el «Stoke» pero por resultar bastan- te grande se suele utilizar su centésima parte o «Centistoke».
Para la medida de la viscosidad se utilizan muy diversos tipos de aparatos llamados viscosímetros, que se diferencian entre sí por la forma que se determina la viscosidad, siendo sus distintos grupos los siguientes:
1.-Medición de la velocidad del flujo del aceite a través de un tubo capilar (viscosímetros cinemáticas: Otswal, Ubbelohde) o de un tubo corto u orificio (viscosímetros Saybolt, Redwood y Engler).
2.-Medición del tiempo de desplazamiento de un objeto sólido a través del aceite (viscosímetros de caída de bolas).
3.-Medición del efecto de cizallas que se produce en un aceite entre dos superficies sujetas a un movimiento relativo (viscosímetros rotativos).
RIGIDEZ DIELÉCTRICA
Esta propiedad viene determinada por la tensión en la que se produce un arco eléctrico permanente entre dos electrodos sumergidos en el aceite, en las condiciones normalizadas del ensayo y utilizando un aparato llamado puntero metro. Se expresa en KV/cm.
Este ensayo orienta sobre las cualidades de aislamiento eléctrico de los aceites, que disminuyen con la presencia de contaminantes tales como el agua, polvo, suciedad, barros, etc.
No solamente en el campo de los aceites dieléctricos, la rigidez dieléctrica tiene su significación, sino también en el de los aceites de compresores frigoríficos, ya que dicha característica se ve muy afectada por la presencia de trazas de humedad.
PROPIEDADES SUPERFICIALES
Tensión Interfacial
Cuando se ponen en contacto dos líquidos que no son miscibles, se crea una interfase, el grado de resistencia que ofrecen ambos líquidos a su separación se define como «tensión interfacial». Los factores que influyen sobre la tensión interfacial son los siguientes:
— La naturaleza química de los líquidos en contacto.
— La temperatura, si la miscibilidad de los líquidos en contacto aumenta con la temperatura el valor de la tensión interfacial disminuye.
— La presencia de cuerpos polares rebaja la tensión interfacial.
La tensión interfacial se utiliza como indicativo de la presencia o ausencia de compuestos polares en muy bajas concentraciones, como es el caso de ciertos contaminantes, aditivos, o productos de la degradación del propio aceite. Por ello dicho valor se considera de importancia en el caso de los aceites de turbinas y dieléctricos, siguiéndose su evolución durante su servicio. Variando se esta característica de forma inversa con el índice de acidez del aceite.
Formación de espuma
Un aceite produce espuma superficial por agitación enérgica con el aire u otro gas, estando dicha espuma constituida por agrupamiento de un elevado número de burbujas de distintos tamaños. Su determinación se realiza por el correspondiente método de ensayo que consiste en barbotear aire a través de una base común y uniforme en la designación, especificación y selección de la viscosidad de los aceites lubricantes industriales.
2.- Eliminar las viscosidades intermedias no justificadas, reduciendo con ello el número total de grados de viscosidad empleados en la lubricación de los equipos industriales.
No obstante, en 1972, la ISO (International Standards Organization) comenzó a dar los pasos necesarios para la adopción, con carácter mundial, de un sistema de clasificación de la viscosidad muy parecido a los sistemas ASTM y BSI. El sistema ISO se diferencia del ASTM en que el grado de viscosidad se da solamente en «centistokes» (mientras que ASTM permite también el SUS) y la medida de a temperatura para el sistema ISO es de 40°C (104 °F), en vez de los 100 °F que normalmente empleaban ASTM como la BSI. Parece ser que tanto la ASTM como la BSI acabarán por adoptar, sin embargo, los 40°C como regla general.
Todos los asociados a ISO (incluyendo los Estados Unidos, representados por el American National Standards Instituta), se comprometieron a llevarlo a cabo a partir de 1978, muchos usuarios y fabricantes de aceites lubricantes ya han adoptado este sistema.
ÍNDICE DE VISCOSIDAD
La viscosidad de los líquidos disminuye al aumentar su temperatura. En la práctica de la lubricación interesa siempre que la viscosidad del lubricante disminuya lo menos posible al elevarse su temperatura.
Para expresar esta cualidad del aceite se ha ideado un sistema arbitrario denominado «indice de viscosidad» que fue desarrollado en 1929 por Dean y Davis.
En este sistema a los aceites parafínicos de Pensilvana caracterizados por variar muy poco su viscosidad con la temperatura, se le asignó un índice de viscosidad de 100, mientras que a los nafténicos del Golfo de Méjico, cuya viscosidad varía mucho con la temperatura se les dio el índice 0. El método propuesto por Dean y Davis consiste en comparar la viscosidad a 100°F del aceite problema con las que tienen los aceites de referencia de IV = 100 e IV = 0, que presentan su misma viscosidad a 210 °F.
PUNTO DE ENTURBIAMIENTO .
producto, la inflamabilidad en el primer procedimiento de un valor más alto que n el segundo.
La temperatura a la cual hay que llevar el aceite para que, al aproximar una lama, sus vapores se inflamen y permanezcan en combustión durante cinco segundos, como mínimo, se denomina punto de combustión y se determina en l mismo aparato empleado para hallar el punto de inflamación en vaso abierto. El punto de combustión suele ser entre 30 y 60 oc superior a? punto de inflama :ión.
La inflamabilidad de un aceite da una orientación sobre la volatilidad del mismo, posibles contaminaciones o diluciones, riesgos de incendios y procedimientos no ortodoxos en la elaboración de los aceites.
Puntos de congelación y enturbiamiento
El punto de congelación («pour point») de un aceite es la temperatura más Deja expresada en múltiplo de 3 oc, a la cual es observada la no fluidez del aceite cuando es enfriado y examinado bajo condiciones prescritas.
El punto de enturbiamiento («cloud point») de un aceite, sometido a un proceso de enfriamiento, es la temperatura a la que las parafinas u otras sus : solución, comienzan a separarse, en forma de cristales, bajo las condiciones normalizadas del ensayo. El aceite, a esa temperatura, adquiere maturbidez que da nombre al ensayo.
Ambas características tienen significación para los casos en los que el aceite vaya a estar sometido a bajas temperaturas de trabajo, especialmente antes de la puesta en marcha del mecanismo a lubricar. En los aceites parafínicos la congelación se produce como consecuencia de la cristalización de la parafina. por eso en ellos existen puntos de niebla y de congelación.
Punto de floculación
El punto de floculación de un aceite (Flock Point), es la temperatura a la que; comienzan a sopararso, floculando, parafinas u otras sustancias en solución ;cuando se somete a un proceso de enfriamiento, una mezcla formada por un 0 % de dicho aceite y un 90 % de un fluido refrigerante (normalmente R-12).
Esta característica es de importancia en la selección de lubricantes para su empleo en sistemas de refrigeración, que trabajan con refrigerantes miscibles `n el aceite y puede orientar sobre su comportamiento en los serpentines del vaporados.
• Es la temperatura a la que se inicia la cristalización o sepa acción de parafinas.
PUNTO DE CONGELACIÓN
• Es la menor temperatura a la cual el aceite fluye.
• Si no fluye cuando el tubo de ensayo se inclina se coloca el tubo en posición horizontal durante 5 seg. y si bajo estas condiciones el aceite no se mueve se toma como temperatura de congelación.
PROPIEDADES QUÍMICAS
Número de neutralización (acidez, alcalinidad)
En un aceite, su grado de acidez o alcalinidad puede venir expresado por su número de neutralización, que se define como la cantidad de álcali o de ácido (ambos expresados en miligramos de hidróxido potásico), que se requiere para neutralizar el contenido, ácido o básico, de un gramo de muestra, en las condiciones de valoración normalizadas del correspondiente ensayo. Existen dos procedimientos para su determinación: el volumétrico y el potenciometrito.
El número de neutralización se puede presentar en cuatro distintos valores:
a) N.° de ácido total (TAN), determina todos los constituyentes ácidos presentes en las muestras de aceite, débiles y fuertes.
b) N.° de ácido fuerte (SAN), determina sólo el contenido en ácidos fuertes.
c) N.° de base total (TBN) determina todos los constituyentes alcalinos. Normalmente se utiliza en aceites de motor.
d) N.° de base fuerte, determina el contenido en componentes fuertemente alcalinos, en ciertos aceites de motor de alta alcalinidad.
Los aceites bien refinados y que no contengan cierto tipo de aditivos, no atacan sensiblemente al cobre, pero sí pueden hacerlo por causa de su previa degradación, presencia de contaminantes, o especial aditivación.
PUNTO DE ANILINA
El punto de anilina de un aceite viene definido como la temperatura mínima a la que, una mezcla a partes iguales de aceite y anilina, llega a solubilizarse totalmente.
Esta característica se determina por medio de un ensayo en el que se produce una agitación entre el aceite y la anilina, controlando la temperatura yen condiciones normalizadas.
Dada su estructura molecular cíclica, la anilina muestra mayor solubilidad hacia los aceites aromáticos o nafténicos que hacia los parafínicos, de cadena abierta. Por ello el punto de anilina orienta sobre la estructura de los hidrocarburos constituyentes del aceite. Su valor tiene importancia al evaluar el comportamiento del lubricante frente a los cierres compuestos por materiales de goma y elastómeros.
PUNTO DE ANILINA
• Se determina según ASTM-D-61 1, expresado en OC.
• La anilina es una amina aromática cuya temperatura de solubilidad es tanto más baja cuanto más aromático sea el aceite.
• Cuanto más viscoso sea un aceite, a igual contenido en aromáticos (o grado de refino), más elevado será el punto de anilina.
• En aceites de viscosidades similares, cuanto más aromático sea, más bajo será su punto de anilina.
• Valores comparativos:
ENSAYOS PARA ACEITES DE ENGRANAJES
Frecuentemente la lubricación de engranajes tiene lugar en condiciones d lubricación límite alejadas de la zona de lubricación hidrodinámica. En estas condiciones los aditivos «extrema presión» (E.P.) ejercen una acción predominante en evitación de daños.
Existen ensayos para evaluar el comportamiento de los aceites en condiciones E.P.
En Europa las máquinas de ensayo más conocidas y utilizadas son:
• Máquinas de cuatro bolas
• Máquina Timken
(Ambas también conocidas y utilizadas en USA)
• Máquina FZG
PROPIEDADES DE EXTREMA PRESIÓN
Existen muy diversos tipos de equipos para intentar determinar la capacidad que poseen los lubricantes de evitar el rozamiento, el desgaste y los fenómenos destructivos de soldadura, rayado y desprendimiento de material en 1a5 superficies rodantes.
Sin considerar a los equipos montados sobre bancos, muy costosos y normalmente apropiados para aceites de automoción, relacionaremos algunos de los ensayos de máquinas más usuales y cuyos resultados se expresan en términos que pueden relacionar rozamiento, adhesión, desgaste, temperatura y carga, en condiciones normalizadas.