anÁlisis del desgaste de aceites lubricantes de motor …
TRANSCRIPT
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES
DE MOTOR A GASOLINA”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO PETROLERO
PRESENTAN
GABRIELA GARCÍA GUERRA DULCE NAVIDAD LÓPEZ HERNÁNDEZ
ASESOR
ING. JOSÉ ÁLVAREZ SÀNCHEZ
MÉXICO D.F. A JUNIO DE 2010
Gracias Dios por permitirnos terminar una etapa muy importante en nuestra vida y por
todas las bendiciones con las que nos colmas día con día.
A nuestros seres queridos por su gran amor y apoyo que siempre nos brindan
desinteresadamente.
Al Instituto Politécnico Nacional y a la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias
Extractivas por ser la parte fundamental de nuestra formación académica.
A todos los profesores que intervinieron para la realización de este trabajo y en especial a
los del laboratorio de Química de Petroleros por su incondicional apoyo.
A nuestros amigos por tantas vivencias y tantos momentos compartidos.
¡GRACIAS!
“Soy politécnico por convicción y no por circunstan cia”
Para mis papás:
Los amo, gracias por brindarme la mejor herencia que se le puede dar a un hijo.
Para mis hermanos:
Marco, Angy y Brandon: su alegría y amor son la fuerza de mi alma.
Para mi familia y mis amigos:
Por el apoyo y cariño que siempre he recibido de ustedes.
GabyGabyGabyGaby
A mi Mamá, que sin tu apoyo no hubiera logrado lo que soy ahora.
A mis Hermanos Julio y Bet Mel, por los ánimos y amor que
siempre me brindan, a mi Abuelita por su cariño y a las
personas que de una u otra manera estuvieron en
todo momento conmigo para alentarme
a ser mejor día a día y alcanzar
mis sueños y metas.
Dulce NavyDulce NavyDulce NavyDulce Navy
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández
Índice General
Pg. RESUMEN
i
INTRODUCCIÓN
ii
Objetivo General
ii
Objetivos Específicos
ii
CAPITULO 1. GENERALIDADES
1
1.1 Aspectos generales
1
1.1.1. Aceite lubricante nuevo
1
a. Definición
1
b. Obtención del aceite mineral
1
c. Composición
2
d. Función
5
e. Clasificación
7
1.1.2. Aceite lubricante usado
9
a. Factores de degradación
9
b. Contaminantes
11
CAPITULO 2. MÉTODO DE TRABAJO
13
2.1. Muestras a analizar
13
2.2. Caracterización del aceite lubricante
14
2.2.1. Viscosidad Cinemática cSt a 40 y 100°C (ASTM -D-445) 14
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández
2.2.2. Índice de Viscosidad (ASTM-D-2270)
19
2.2.3. Punto de Inflamación (ASTM-D-93)
24
2.2.4. Punto de Escurrimiento (ASTM-D-97)
27
2.2.5. Gravedad Específica (ASTM-D-1298)
30
2.2.6. Color ASTM (ASTM-D-1500)
35
2.3. Técnica de infrarrojo
37
CAPITULO 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
46
CONCLUSIONES Y TRABAJO A FUTURO
54
REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS
57
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández
Índice de Tablas
Tabla Nombre Pg.
1.1. Ejemplos de aditivos para aceites lubricantes 3
2.1. Muestras de aceites nuevos 13
2.2. Muestras de aceites usados 13
2.3. Constante de calibración del viscosímetro 17
2.4. Tiempos con viscosímetro de 450 a temperaturas de 40ºC y 90ºC 17
2.5. Viscosidad a 40ºC y 90ºC 19
2.6. Valores para L y H para un sistema de viscosidad cinemática a 40-100 ºC 22
2.7. Índice de viscosidad 23
2.8. Temperatura de Inflamación y Temperatura de Ignición 26
2.9. Temperatura de Escurrimiento y Temperatura de Congelación 30
2.10. Densidad a 25ºC ( )254D 32
2.11. Factor de correlación “c” para diferentes densidades 33
2.12. Factor de correlación (c’) para transformación 5.155.15D en 20
4D e inverso 34
2.13. Gravedad Específica 35
2.14. Color ASTM 37
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández
Índice de Figuras
Figura Nombre Pg.
2.1. Viscosímetro con aceite nuevo 16
2.2. Viscosímetro con aceite usado 16
2.3. Índice de Viscosidad
20
2.4. Viscosímetro con calentamiento a 40ºC de un aceite usado 23
2.5. Equipo para la determinación de la temperatura de inflamación e ignición 25
2.6. Punto de inflamación 26
2.7. Punto de ignición 26
2.8. Calentamiento a baño María 29
2.9. Equipo de enfriamiento 29
2.10. Muestras para la prueba de escurrimiento 29
2.11. Medición de densidad a 25ºC 32
2.12. Colorímetro Fisher 36
2.13. Correlaciones en espectroscopia infrarroja 38
3.1. Comparación de Color del aceite Roshfrans nuevo y usado 53
3.2. Comparación de Color del aceite ESSO nuevo y usado 53
3.3. Comparación de Color del aceite Bardahl nuevo y usado
53
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández
Índice de Gráficas
Gráfica Nombre Pg.
2.1. Espectro Roshfrans Nuevo 39
2.2. Espectro Bardahl Nuevo 40
2.3. Espectro Básico Ligero Nuevo 41
2.4. Espectro Básico Pesado Nuevo 42
2.5. Espectro Roshfrans Usado 43
2.6. Espectro Bardahl Usado 44
2.7. Comparación de Espectros 45
3.1. Comparación de Viscosidades a diferentes temperaturas del aceite básico ligero nuevo y usado
46
3.2. Comparación de Viscosidades a diferentes temperaturas del aceite básico pesado nuevo y usado
47
3.3. Comparación de Viscosidades a diferentes temperaturas del aceite Roshfrans nuevo y usado
47
3.4. Comparación de Viscosidades a diferentes temperaturas del aceite ESSO nuevo y usado
48
3.5. Comparación de Viscosidades a diferentes temperaturas del aceite Bardahl nuevo y usado
48
3.6. Índice de Viscosidad de los aceites nuevos
49
3.7. Comparación de la temperatura de inflamación de las muestras nuevas y usadas
50
3.8. Comparación de la temperatura de ignición de las muestras nuevas y usadas
50
3.9. Comparación de la temperatura de escurrimiento de las muestras nuevas y usadas
51
3.10. Comparación de la temperatura de congelación de las muestras nuevas y usadas
52
3.11. Comparación de la gravedad API de las muestras nuevas y usadas 52
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández i
RESUMEN
En el presente trabajo se obtuvieron diferentes muestras de aceites lubricantes de motor a
gasolina: nuevos, usados y básicos a los cuales se les realizaron pruebas de
caracterización como la viscosidad; índice de viscosidad; punto de inflamación; punto de
ignición; punto de escurrimiento; punto de congelación; punto de anilina y densidad.
Se realizaron pruebas con la técnica de infrarrojo con lo que se observan los principales
grupos funcionales como los alcanos, alquenos, aromáticos, etc. para determinar la
composición química de las muestras a utilizar.
Por último se realizó el análisis y comparación de los datos obtenidos con la
caracterización de los aceites lubricantes comprobando el desgaste que se tiene durante
su vida útil y el cambio en sus propiedades físicas y químicas; esto ayuda a conocer los
parámetros mas importantes a considerar para una posible regeneración o para cualquier
consulta relacionada con el desgaste de un aceite lubricante.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández ii
INTRODUCCIÓN
Actualmente el problema de la contaminación del agua, aire y del subsuelo ocasionado por
el desecho y manejo inadecuado del aceite lubricante usado, ha causado un gran impacto
en la naturaleza, para disminuir esta problemática una opción es la regeneración del
aceite lubricante usado por lo cual es necesario conocer los cambios que sufren las
propiedades físicas y químicas durante su uso en el motor. Para conocer los cambios en
sus propiedades es necesario caracterizar el aceite nuevo y usado y con los resultados
obtenidos hacer una comparación que permita saber las variaciones que sufrió el aceite
lubricante antes y después de su uso, el resultado de este análisis sirve de base para la
regeneración del mismo y como consulta de las modificaciones que tienen los aceites
lubricantes nuevos y usados, con esto se busca tener mayor visión y tratar
específicamente cada una de sus propiedades.
Objetivo General:
Análisis y comparación de aceites lubricantes de motor a gasolina nuevos, usados y
básicos para conocer los cambios en sus propiedades físicas y químicas.
Objetivos Específicos:
• Conocer los aspectos generales de los aceites lubricantes de motor a gasolina.
• Especificar los factores de degradación del aceite lubricante nuevo.
• Definir los principales contaminantes en el aceite lubricante usado.
• Determinar los métodos de caracterización de un aceite lubricante.
• Realizar las pruebas de caracterización del aceite nuevo, usado y básico con base en
las Normas ASTM.
• Aplicar la técnica de infrarrojo en aceites lubricantes.
• Comparar los resultados obtenidos de la caracterización.
• Analizar los resultados
• Proponer trabajo a futuro con base en los datos obtenidos y el análisis de resultados.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 1
CAPITULO 1
GENERALIDADES
1.1 Aspectos generales
1.1.1. Aceite lubricante nuevo
Los lubricantes son sustancias aplicadas a las superficies de rodadura, deslizamiento o contacto
de las máquinas para reducir el rozamiento entre las partes móviles. Los primeros lubricantes
fueron los aceites vegetales y las grasas animales. Sin embargo, desde finales del siglo XIX la
mayoría de los lubricantes se derivan del petróleo.
Un buen lubricante tiene que tener cuerpo, o densidad, ser resistente a los ácidos corrosivos, tener
un grado de fluidez adecuado, presentar una resistencia mínima al rozamiento y la tensión, así
como unas elevadas temperaturas de combustión e inflamación.
Los lubricantes permiten un buen funcionamiento mecánico al evitar la abrasión o agarrotamiento
de las piezas metálicas a consecuencia de la dilatación causada por el calor.
a. Definición
Un lubricante es una sustancia que se interpone entre dos superficies (una de las cuales o ambas
se encuentran en movimiento), a fin de disminuir la fricción y el desgaste. Los aceites lubricantes
en general están conformados por una base más aditivos.
b. Obtención del aceite mineral
Los aceites minerales nacen de dos operaciones básicas de la refinación del petróleo: la
destilación atmosférica y la destilación al vacío. A partir del producto residual de la destilación
atmosférica, conocido como crudo reducido, es posible obtener las llamadas bases de aceites
minerales.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 2
Para ello, se re-destila nuevamente pero en condiciones de vacío, generándose fracciones
específicas denominadas neutro ligero y neutro. Por medio de otros procesos de la refinación, es
posible mejorar las cualidades de las bases de aceites minerales. Los procesos más significativos
para lograrlo son:
• Desasfaltado con solventes
• Extracción con solventes
• Desparafinado con solventes
• Hidrotratamiento
• Tratamiento con tierras decolorantes
• Tratamiento con ácidos
Los aceites minerales refinados por uno o varios de los procesos mencionados anteriormente,
conforman las llamadas bases minerales o simplemente bases.[1]
Sin embargo, las bases por sí solas generalmente son insuficientes para satisfacer los requisitos
físicos y químicos que se les requieren. Por eso dentro de la misma refinería de petróleo, o en un
establecimiento aparte, las bases son mezcladas con ciertos aditivos, dando origen a los aceites
lubricantes.
c. Composición
Un lubricante está compuesto esencialmente por una base más aditivos. Las bases lubricantes
determinan la mayor parte de las características del aceite, tales como: Viscosidad, Resistencia a
la oxidación, Punto de fluidez.
Los aditivos se pueden clasificar como materiales que imparten nuevas propiedades o mejoran las
existentes del lubricante dentro del cual se incorporan. Los principales compuestos químicos de los
aditivos se presentan en la tabla 1.1.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 3
Tabla 1.1. Ejemplos de aditivos para aceites lubric antes
Detergentes (Dispersantes Metálicos)
Salicilatos, Sulfonatos, Fenatos, Sulfofenatos
Dispersantes libres de cenizas
Cadenas largas de alquenil succinamidas N-sustituidas Esteres y poliésteres de alto peso molecular Sales de amonio de ácidos orgánicos de alto peso molecular Bases de Mannich derivadas de fenoles alquilados de alto peso molecular. Copolímeros de derivados de ácidos acrílicos o metacrílicos que contienen grupos polares, tales como aminas, amidas, iminas, imidas, hidroxilo, eter, etc. Copolímeros de etileno - propileno que contienen grupos polares como los ya indicados.
Corrosión Fosfitos orgánicos, Ditiocarbamatos metálicos Olefinas sulfuradas, Ditiofosfatos de Zinc
Antioxidantes Compuestos fenólicos Compuestos aromáticos nitrogenado Terpenos fosfosulfurados
Modificadores de Viscosidad
Polimetacrilatos Copolímeros de etileno - propileno (OCP) Copolímeros de estireno – dienos Copolímeros de estireno – éster Copolímeros de derivados de ácidos acrílicos o metacrílicos que contienen grupos polares, tales como aminas, amidas, iminas, imidas, hidroxilo, eter, etc. Copolímeros de etileno - propileno que contienen grupos polares como los ya indicados.
Aditivos antidesgaste Fosfitos orgánicos Olefinas sulfuradas Ditiofosfatos de Zinc Compuestos alcalinos como neutralizadores de ácidos
Depresores del punto de escurrimiento
Naftalenos alquilados con ceras Polimetacrilatos Fenoles alquilados con ceras Copolímeros de ésteres de acetato de vinilo/ácido fumárico Copolímeros de acetato de vinilo/éter vinílico Copolímeros de estireno – éster
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 4
Fundamentalmente, los aditivos persiguen los siguientes objetivos:
• Limitar el deterioro del lubricante a causa de fenómenos químicos ocasionados por razón
de su entorno
• Proteger a la superficie lubricada de la agresión de ciertos contaminantes
• Mejorar las propiedades físico-químicas del lubricante.
Los aditivos otorgan a los lubricantes características que les permiten cumplir con diversas
exigencias según el servicio al cual estará destinado:
• Detergentes dispersantes
Un motor que gira también genera depósitos y residuos que formarán capas sobre los pistones y
otras piezas que se encuentran en movimiento. El aceite debe actuar para que las partes vitales
del motor se mantengan exentas de tales capas y depósitos. Hay otros aditivos que realizan esta
tarea.
El aceite no solamente debe mantener limpio el interior del motor sino que también debe
encargarse de que los elementos contaminantes sean inofensivos para él, impidiendo así, la
aglomeración de partículas. Las propiedades dispersantes del aceite, sumadas a los dispersantes
que le son añadidos son capaces de distribuir los elementos contaminantes en el aceite
impidiendo, de esta forma, que estas partículas se agrupen. Siendo dispersadas en el aceite de
forma que son inofensivas.
• Humedad y corrosión
Cuando un litro de gasolina es sometido a combustión en un motor, químicamente se forma un litro
de agua en forma de gas o de vapor. Si el motor no está lo suficientemente caliente, como por
ejemplo en invierno en un corto trayecto, el vapor puede condensarse y transformarse en agua
dentro del motor. Durante el invierno se observa con frecuencia el derrame de agua de los tubos
de escape. Parte de ésta agua puede entrar en el cárter y mezclarse con el aceite.
Lo mismo sucede con la humedad que entra, junto con el aire necesario para la combustión, en el
motor. Por ello el aceite necesita aditivos que transformen el agua en un elemento inofensivo para
el motor.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 5
Durante la combustión se forman productos ácidos que habitualmente son evacuados con el gas
de escape, dado que estos gases ácidos pueden infiltrarse en el cárter, el agua y el gas forman
ácidos puros que provocarán una gran corrosión del motor.
Es importante que el aceite del motor contenga los aditivos adecuados, ofreciendo una reserva de
alcalinidad para que todos los ácidos que se formen en el motor puedan ser neutralizados.
• Disolución
Otro de los problemas que puede ocurrir es que en condiciones de bajas temperaturas, con
trayectos cortos, se condense una pequeña parte del combustible. Éste se ve forzado a bajar al
cárter pudiendo causar daños al motor. La gasolina, que es un solvente, alterará el aceite al
diluirlo.
• Oxidación
Una molécula de aceite oxidado se va combinar con otras moléculas provocando una reacción en
cadena. Para prevenir el comienzo de la oxidación se emplea los aditivos antioxidantes. Tienen la
propiedad de combinarse con las moléculas oxidadas e impedir el contacto con las moléculas de
aceite que no han sido afectadas.
d. Función
Los lubricantes desempeñan la función de selladores ya que todas las superficies metálicas son
irregulares vistas bajo microscopio se ven llenas de poros y ralladuras. El lubricante cubre los
espacios irregulares de la superficie del metal para hacerlo liso, además sellando así la potencia
transferida entre los componentes.
Los lubricantes también trabajan como limpiadores ya que ayudan a quitar y limpiar las partículas
de material que se desprenden en el proceso de fricción, ya que de otra forma estos actuarían
como abrasivos en la superficie del material.
• Refrigeración
El aceite actúa como refrigerante debido al calor que se genera en el motor, de forma
complementaria a otros sistemas de enfriamiento.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 6
Por ello, el aceite necesita resistir temperaturas elevadas. Es importante, por lo tanto, que el aceite
tenga la viscosidad adecuada.
• Limpieza y protección
Los desechos de combustión, los eventuales residuos de aceite oxidado o quemado pueden
conllevar a la formación de depósitos o capas. El aceite debe limpiar el motor y arrastrar las
impurezas al filtro donde estas quedarán paralizadas. En otras palabras, existen aditivos que
deben proteger las superficies metálicas contra la acción de los ácidos formados en los procesos
de combustión.
• Reducción del frotamiento
El contacto entre dos piezas metálicas móviles aumenta el roce, genera calor y conlleva desgaste.
La consecuencia final son un agarrotamiento y el daño total del motor.
Con el fin de evitar el problema del rozamiento, fueron creados aditivos químicos especiales que
mezclados con el aceite refuerzan la capa lubricante. Un aceite que permanece entre las
superficies mantiene alejadas las asperezas de las piezas en movimiento.
• Protección del aceite contra la oxidación
Un buen aceite debe en principio proteger todas las piezas del motor. Su función es evitar que éste
sufra corrosiones y que sea invadido por las impurezas. Uno de los factores potenciales de
desgaste del motor son las altas temperaturas que en él se producen. Cuando la temperatura
sube, las moléculas de aceite se mezclan con el aire y se oxidan. Cuanto más alta es la
temperatura más rápido se produce la oxidación.
En resumen, las principales funciones de los aceites lubricantes son:
• Disminuir el rozamiento.
• Reducir el desgaste.
• Evacuar el calor (refrigerar).
• Facilitar el lavado (detergencia) y la dispersancia de las impurezas.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 7
• Minimizar la herrumbre y la corrosión que puede ocasionar el agua y los ácidos residuales.
• Transmitir potencia.
• Reducir la formación de depósitos duros.
• Sellar.
e. Clasificación
Los lubricantes se diferencian por:
• Por su composición.
• Por su calidad.
• Por su grado de viscosidad.
Según su Composición pueden ser:
• De base mineral.
• De base semisintética.
• De base sintética.
Los aceites lubricantes se clasifican con base en las normas API y SAE
Norma API
El API (American Petroleum Institute) es una organización técnica y comercial que representa a los
elaboradores de productos de petróleo en los E.U. Cada motor tiene, de acuerdo con su diseño y
condiciones de operación, necesidades específicas que el lubricante debe satisfacer. Se puede
entonces clasificar a los aceites según su capacidad para desempeñarse frente a determinadas
exigencias.
API ha desarrollado un sistema para seleccionar y recomendar aceites para motor basado en la
condiciones de servicio. Cada clase de servicio es designada por dos letras. Como primera letra se
emplea la “S” para identificar a los aceites recomendados para motores que utilizan naftas como
combistible, para autos de pasajeros y camiones livianos “Service” y la letra “C” para vehículos
comerciales, agrícolas, de la construcción y todo terreno que operan con combustible diesel
“Comercial”.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 8
En ambos casos la segunda letra indica la exigencia en servicio, comenzando por la “A” para el
menos exigido, y continuando en orden alfabético a medida que aumenta la exigencia.
La clasificación API es una clasificación abierta. Esto significa que se van definiendo nuevos
niveles de desempeño a medida que se requieren mejores lubricantes para los nuevos diseños de
motores. En general, cuando se define un nuevo nivel el API designa como obsoletos algunos de
los anteriores.
Existen 3 tipos de clasificación:
• Clasificación API Transmisión
• Clasificación API Motor a Gasolina
• Clasificación API Motor a Diesel
Los aceites a utilizar en éste estudio son clasificación API de motor a gasolina:
API SL : para los motores hasta 2004
API SM: para los motores actuales
Norma SAE
Los aceites para motor están agrupados en grados de viscosidad de acuerdo con la clasificación
establecida por la SAE (Society of Automotive Engineers). Esta clasificación permite establecer
con claridad y sencillez la viscosidad de los aceites, representando cada número SAE un rango de
viscosidad expresada en cSt (centi-Stokes) y medida a 100 C, y también a bajas temperaturas (por
debajo de 0 C) para los grados W (winter).
En esta clasificación no interviene ninguna consideración de calidad, composición química o
aditivación, sino que se basa exclusivamente en la viscosidad.
La norma SAE J 300 definió lo que se denomina "Grado de viscosidad" para cada lubricante Ej.:
S.A.E. 40 (grado de viscosidad para el verano). Cuanto más elevado es el número mejor es el
mantenimiento de la viscosidad a altas temperaturas. En el caso de uso urbano o deportivo, o
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 9
cuando la temperatura del aire es elevada, el motor soporta altas temperaturas que acentuarán
dicho fenómeno.
En frío, sin embargo, el aceite tiende a espesarse. Por ello, es importante que se mantenga muy
fluido, incluso en temperaturas bajas, para que pueda distribuirse por el motor y proteger así las
piezas mecánicas que están en movimiento. En este caso, el aceite también debe facilitar el
arranque. La viscosidad en frío se caracteriza, según las normas S.A.E por un grado de viscosidad
invierno. Ej.: S.A.E.10W El número que indica el grado de viscosidad invierno es siempre seguido
de la letra W. Cuanto menor es el número mayor es la fluidez del aceite a baja temperatura o en el
momento del arranque.
Los aceites multigrado responden a la vez a una graduación de invierno y una de verano. Ej.:
S.A.E. 10W 40 10W= Graduación de invierno 40= Graduación de verano El aceite multigrado es
menos sensible a la temperatura. Esto significa que en invierno permite un arranque fácil gracias a
su fluidez.
1.1.2. Aceite lubricante usado
a. Factores de degradación
La degradación de los aceites lubricantes depende de varios factores, siendo los más importantes:
• Composición química del aceite
• Condiciones bajo las cuales opera
La degradación que presenta un aceite puede ser de dos tipos: Degradación externa y
Degradación interna
Degradación externa
Sus principales causas son:
• Contaminación por partículas metálicas procedentes del desgaste que se encuentran en
suspensión.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 10
• Dilución por combustible: líquidos presentes en la combustión incompleta de la gasolina y
agua
• Metal carbonoso, procedente de la combustión tal como hollín y carbón duro
• Polvos, fibras y toda clase de basura introducida del medio externo
Degradación interna
Se debe principalmente a los procesos de oxidación que sufre el aceite, ocasionados por:
• Alta temperatura producida por la fricción.
• Difícil desplazamiento en las superficies lubricadas
• Efecto catalítico de los metales
• El aceite que haya sufrido oxidaciones parciales y líquidos producidos por la combustión
incompleta de la gasolina.
Durante la contaminación del aceite se presentan principalmente los siguientes elementos:
Hierro: Normalmente el hierro viene de la fricción entre las paredes de los cilindros (sean camisas
o el bloque mismo) y los anillos. Pero también puede ser del árbol de levas, el cigüeñal, las
válvulas, los cojinetes, la bomba de aceite, los engranajes de la cadenilla, el turbo, las guías de
válvulas, o las bielas.
El hierro puede provenir del desgaste o herrumbre. Un motor que tiene aceite contaminado por
tierra, falta de viscosidad, o alto hollín (entre otros) tendrá desgaste por contacto o falta de
lubricación hidrodinámica. Si el aceite está con agua, todas las piezas de hierro son sujetas a
herrumbrarse.
Cobre: El cobre normalmente viene de cojinetes, bujes, enfriador de aceite, arandela de empuje,
guías de válvulas y bujes de bielas. Los cojinetes y bujes normalmente son aleaciones y capas de
diferentes metales blandos diseñados para absorber impacto y desgaste en lugar del cigüeñal y las
bielas. El residuo de estos elementos viene de desgaste o corrosión.
Aluminio: Las partículas de desgaste de aluminio (después de eliminar lo que ingresa como tierra)
viene de los cojinetes, bujes (varios), pistones, arandelas de empuje y el turbo.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 11
Normalmente los cojinetes y bujes trabajan 100% en lubricación hidrodinámica. El desgaste de
aluminio en los pistones ocurre cuando hay falla de lubricación hidrodinámica o se abre mayor
espacio entre las paredes de los cilindros y los pistones permitiendo el movimiento lateral de la
falda del pistón.
Cromo: El cromo viene de la camisa, las válvulas de escape, los anillos, y algunos cojinetes. El
desgaste de cromo normalmente se origina con la contaminación del aceite.
Estaño: El estaño viene de las aleaciones de metales en los cojinetes y bujes (varios) y volandas
de empuje.
b. Contaminantes
Existen contaminantes que pueden ser de tipo solido, líquido o gaseoso. Los gases que son
absorbidos de la atmosfera. Ejemplo el CO2 y el H2SO4; el agua que se forma por la humedad del
ambiente y el aire que causa espumación por la turbulencia del aceite.
Los sólidos pueden ser partículas o residuos del equipo (desgaste), o por fuentes externas.
Ejemplo polvo, trazas de carbón y materiales carbonosos formados por la oxidación del mismo
aceite.
Los líquidos se forman ya que algunos gases contaminantes reaccionan con agua y forman ácidos,
los cuales causan corrosión y degradación del aceite. Estos tres tipos de contaminantes deben ser
removidos continuamente de la circulación del aceite y cada uno de ellos debe ser tratado
individualmente.
Especies contaminantes [2]
A) Óxidos de Nitrógeno:
Su origen es el oxido nítrico, que se forma del nitrógeno atmosférico durante la combustión.
Esta reacción es favorecida por las elevadas temperaturas
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 12
NOON 222 →+
Una parte del oxido nítrico de los productos de combustión es convertida a dióxido de nitrógeno:
22 22 NOONO ↔+
Este último es químicamente mas reactivo, debido a que la reacción es reversible y es difícil llevar
a cabo un análisis por separado. El termino NOx es usado a menudo para designar una mezcla de
los dos.
B) Compuestos de Azufre
Son convertidos durante la combustión en una mezcla de dióxido de azufre y trióxido de azufre. El
nivel de los óxidos de azufre en menor a la de los óxidos de nitrógeno, depende del contenido de
azufre del combustible, la reacción del aire/combustible y otros factores.
C) Hidrocarburos
Es originado por el combustible que no se quema y se acumula en las partes del motor.
D) Hollín del Combustible
Es originada por una combustión parcial, y contiene cantidades considerables de una combinación
de hidrogeno, oxigeno y azufre. Muestran fuertes características de atracción y absorción en la
superficie.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 13
CAPITULO 2
MÉTODO DE TRABAJO
Para la realización de la experimentación se recolectaron diferentes tipos de aceites lubricantes
nuevos, usados y básicos de motor a gasolina. Posteriormente se realizaron las pruebas de
caracterización aplicando los métodos ASTM (American Society for Testing Materials) para
determinar sus propiedades físicas y químicas y la técnica de infrarrojo que permitirá conocer la
composición química de los aceites.
2.1. Muestras a analizar
Los aceites nuevos obtenidos permitirán saber el estado inicial de un aceite, los usados para
determinar el desgaste que sufre después de su uso y los básicos para conocer la formulación de
los aceites comerciales antes de adicionarles el paquete de aditivos.
Para verificar los cambios que experimentan los aceites después de determinado uso, los aceites
nuevos Roshfrans, ESSO y Bardahl fueron sometidos a desgaste habitual. Asimismo los aceites
básicos estuvieron expuestos a temperatura constante a nivel laboratorio, para simular el desgaste
que sufrirían en el motor. Los tipos de aceites empleados para el análisis se muestran en las tablas
2.1. y 2.2.
Tabla 2.1. Muestras de aceites nuevos
Muestra Características
Roshfrans SAE 40 API SL Monogrado
ESSO SAE 20W-50 API SM Racing
Bardahl SAE 25W-50 API SL Multigrado
Básico ligero Sin aditivos
Básico pesado Sin aditivos
Tabla 2.2. Muestras de aceites usados
Muestra Características
Roshfrans 7,500 km VW 5 meses de uso
ESSO 10,000 km Chevrolet 6 meses de uso
Bardahl 12,000 km Nissan 7 meses de uso
Básico ligero 72 horas a 115ºC
Básico pesado 72 horas a 115ºC
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 14
2.2. Caracterización del aceite lubricante
La caracterización permite conocer las principales propiedades físicas y químicas de los aceites
lubricantes utilizando los siguientes métodos ASTM:
• Viscosidad Cinemática cSt a 40 y 100°C (ASTM-D-445 )
• Índice de Viscosidad (ASTM-D-2270)
• Punto de Inflamación (ASTM-D-93)
• Punto de Escurrimiento (ASTM-D-97)
• Gravedad Específica (ASTM-D-1298)
• Color ASTM (ASTM-D-1500)
2.2.1. Viscosidad Cinemática cSt a 40 y 100°C (ASTM -D-445)
Es la resistencia que un fluido opone a cualquier movimiento interno de sus moléculas,
dependiendo por tanto, del mayor o menor grado de cohesión existente entre estas. La viscosidad
de un aceite lubricante es una medida de sus características de flujo. La variación de la viscosidad
del aceite básico depende del aceite crudo de origen y sobre el peso molecular de los
componentes que lo constituyen.
La viscosidad cinemática es medida al tomar el tiempo de flujo de una cantidad de muestra de
aceite a través de un tubo capilar de vidrio calibrado bajo una fuerza gravitacional a una
temperatura estándar. Las unidades de la viscosidad cinemática en el sistema cgs están dadas en
cm2/s y se conocen como Stoke (St). En el sistema internacional (SI) la unidad es m2/s equivalente
a 104 St. Los centistokes (cSt) se usan con mas frecuencia (1 cSt=10-2 St=1 mm2/s).[8]
El procedimiento de cálculo de la viscosidad cinemática a través de este método es con la
siguiente ecuación:
tcV.C ×=
Donde:
c= Constante de calibración del viscosímetro, cSt/s
t= Tiempo de flujo del liquido, s
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 15
Procedimiento
Este método cubre la determinación de viscosidad cinemática de los productos líquidos del
petróleo siendo transparentes u opacos, midiendo el tiempo de reflujo de un volumen fijado del
liquido a una temperatura dada a través de instrumentos capilares de vidrio, calibrados, usando el
reflujo ocasionado por la gravedad.
1.- Viscosidad Cinemática, para el propósito de este método la viscosidad cinemática es una
medida del tiempo de flujo mediante la gravedad, de un volumen fijado del liquido através de un
capilar la unidad (gs) de viscosidad cinemática es de stoke el cual tiene las dimensiones de
centímetros cuadrados por segundo (cm2/seg).
2.- Viscosidad Dinámica, numéricamente es el producto de la viscosidad cinemática y la densidad
del líquido, ambas a la misma temperatura, la unidad de viscosidad dinámica es el poise, P, la cual
tiene las dimensiones de gramos por centímetro por segundo.
Se mide el tiempo de flujo de un volumen fijo del líquido através del capilar del viscosímetro bajo
una carga exactamente reproducible y a una temperatura rigurosamente controlada. La viscosidad
cinemática es entonces calculada a partir del tiempo de flujo medido y de la constante de
calibración dependiendo del tamaño del viscosímetro. Las constantes se observan en la tabla 2.3.
Aparatos:
1.- El viscosímetro como se muestra en la figura 2.1 es un tubo capilar de vidrio el cual esta
calibrado, capaz de medir la viscosidad dentro de los limites de reproducibilidad.
2.- El soporte sirve para facilitar al viscosímetro ser suspendido firmemente en el baño.
3.- Aparatos para medir la temperatura, termómetros que cubran los intervalos de las pruebas.
4.- Aparatos para medir el tiempo, se utilizará un cronometro que este graduado en divisiones que
representen no mas de 0.2 seg. y con una exactitud de por lo menos ± 0.05 por ciento cuando sea
probado sobre intervalos de 15 minutos.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 16
Experimentación
1.- El termómetro a utilizar debe de estar calibrado.
2.- Mantener el baño dentro de los límites dados de temperatura y aplicar las correcciones
necesarias en la lectura de las temperaturas.
3.- Seleccionar el viscosímetro, adecuado para ésta prueba se utilizó el de 450 segundos que se
puede observar en la figura 2.2.
4.- Cargar el viscosímetro de la manera indicada por el diseño del aparato, si la muestra contiene
partículas sólidas fíltrelas durante la carga.
5.- Ya que el viscosímetro está cargado introducirlo en el baño el tiempo necesario para que
alcance la temperatura de prueba.
6.- Aplicar presión o succión (si la muestra no contiene componentes volátiles) para ajustar el nivel
de carga de la muestra a una posición alrededor de 5mm por encima de la primera marca para el
inicio del tiempo.
7.- Cuándo la muestra fluye medir el tiempo en segundos. Los resultados de la medición del
tiempo se observan en la tabla 2.4.
Figura 2.1. Viscosímetro con Figura 2.2. Viscosímetro con aceite nuevo aceite usado
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 17
Tabla 2.3. Constante de calibración del viscosímetr o
Tamaño Constante
25 0.002
50 0.004
75 0.008
100 0.015
150 0.035
200 0.1
300 0.25
350 0.5
400 1.2
450 2.5
500 8
600 20
RESULTADOS
Tabla 2.4. Tiempos con viscosímetro de 450 a 40ºC y 90ºC
Tipo de aceite Tipo de Viscosímetro
Tiempos a 40ºC
Tiempos a 90ºC
Roshfrans 450 59.13 s 8.16 s
ESSO 450 56.03 s 10.51 s
Bardahl 450 89.17 s 12.55 s
Básico Ligero 450 8.24 s 3.18 s NU
EV
OS
Básico Pesado 450 91.54 s 11.03 s
Roshfrans 450 77.46 s 9.63 s
ESSO 450 53.07 s 8.91 s
Bardahl 450 76.84 s 10.03 s
Básico Ligero 450 6.82 s 2.11 s US
AD
OS
Básico Pesado 450 200.52 s 18.93 s
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 18
CÁLCULO DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA
cSt148147.823559.132.5V.C
tcV.C
≅=×=×=
Los resultados de la viscosidad cinemática aparecen en la tabla 2.5.
Las lecturas de las viscosidades fueron tomadas a una temperatura máxima de 90ºC debido a las
condiciones del laboratorio por lo que para la determinación de la viscosidad a 100ºC es necesario
utilizar la carta 1.
Car
ta 1
. Vis
cosi
dade
s a
dife
rent
es te
mpe
ratu
ras
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 19
RESULTADO DE LOS CÁLCULOS
Tabla 2.5. Viscosidad a 40ºC y 90ºC
Tipo de aceite Tipo de
Viscosímetro
C=2.5
Viscosidad
40ºC
cSt
Viscosidad
90ºC
cSt
Viscosidad
a 100ºC
sCt
Roshfrans 450 148 20 15.7
ESSO 450 140 26 15.7
Bardahl 450 223 31 24.2
Básico Ligero 450 21 8 7 NU
EV
OS
Básico Pesado 450 229 28 20
Roshfrans 450 194 24 18.1
ESSO 450 133 22 15
Bardahl 450 192 26 19.9
Básico Ligero 450 17 5 4.4 US
AD
OS
Básico Pesado 450 501 47 34
2.2.2. Índice de Viscosidad (ASTM-D-2270)
Se entiende como índice de viscosidad, el valor que indica la variación de viscosidad del aceite
con la temperatura. Siempre que se calienta un aceite como en la figura 2.4., éste se vuelve más
fluido, su viscosidad disminuye; por el contrario, cuando el aceite se somete a temperaturas cada
vez más bajas, éste se vuelve más espeso o sea su viscosidad aumenta.
La viscosidad de los aceites básicos disminuye a medida que se incrementa la temperatura, pero
esta relación de cambio depende de la composición del aceite.
El índice de viscosidad es un número empírico que nos indica el efecto del cambio de la
temperatura sobre la viscosidad de un aceite entre 40 y 100 ºC.
Un índice de viscosidad alto indica una relación baja de cambio de la viscosidad del aceite con la
temperatura como se muestra en la figura 2.3.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 20
Figura 2.3. Índice de Viscosidad
Procedimiento
Los líquidos tienen la tendencia a adelgazarse cuando son calentados y a espesarse cuando son
enfriados, sin embrago, esta relación de la viscosidad con la temperatura, cambia en una u otra
proporción dependiendo del liquido.
Muchas veces, como los líquidos del petróleo, los cambios de la viscosidad pueden tener
marcados efectos en el rendimiento de un producto, o en su factibilidad para ciertas aplicaciones,
la propiedad de resistir cambios en la viscosidad con los cambios de temperatura, es expresado
como índice de viscosidad (IV), éste índice es un valor numérico abstracto y empírico, y entre
mayor sea, menor es el cambio en la viscosidad con la temperatura. El índice de viscosidad puede
ser calculado de tablas o graficas incluidas en ASTM. Para IV menores de 100 e IV mayor de 100
debe ser usado el método ASTM-D-2270, debido a que este es el método mas completo. Los
resultados del cálculo del índice de viscosidad se muestran en la tabla 2.7.
IV Número Empírico
Cambio de Temperatura
Alto IV
Bajo IV
Cambio pequeño de la viscosidad
con la temperatura
Cambio notable de la viscosidad con
la temperatura
Aceites lubricantes
Base Parafínica
Base Nafténica
Base Aromática
IV ≈ 100
IV ≈ 40
IV ≈ 0
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 21
Procedimiento A: para productos del petróleo de índice de viscosidad hasta 100
Procedimiento B: para productos del petróleo en el cual el índice de viscosidad es 100 o mayor
Procedimiento A
1) Cálculos
1.1) Si la viscosidad cinemática del aceite a 100º C es menor o igual hasta 70 mm2/s (cSt),
extraer de la Tabla 2.6 el valor correspondiente para L y H. valores medidos que no
estén enlistados, pero están entre los intervalos de la Tabla 2.6, pueden ser obtenidos
por interpolación lineal. El índice de viscosidad no está definido y puede no ser
reportado para aceites de viscosidad cinemática de menos de 2 mm2/s (cSt) a 100ºC.
1.2) Si la viscosidad cinemática está arriba de 70 mm2/s (cSt) a 100ºC, calcule los valores
de L y H como sigue:
9785.111684.0
21667.148353.02
2
−+=
−+=
YYH
YYL
Donde:
L = viscosidad cinemática en mm2/s (cSt) a 40ºC de un aceite de IV =0 teniendo la
misma viscosidad cinemática a 100ºC.
H= viscosidad cinemática en mm2/s (cSt) a 40ºC de un aceite de IV =100 teniendo la
misma viscosidad cinemática a 100ºC.
Y=viscosidad cinemática en mm2/s (cSt) a 100ºC del aceite cuyo IV esta para ser
calculado.
Procedimiento B
1) Cálculos
1.1) Si la viscosidad cinemática del aceite a 100º C es menor que o igual hasta 70 mm2/s
(cSt), extraer de la Tabla 2.6 el valor correspondiente para L y H valores medidos que
no estén enlistados, pero están entre los rangos de la Tabla 2.6, pueden ser obtenidos
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 22
por interpolación lineal. El índice de viscosidad no está definido y puede no ser
reportado para aceites de viscosidad cinemática de menos de 2 mm2/ (cSt) a 100ºC.
1.2) Si la viscosidad cinemática medida a 100ºC es mas grande de 70 mm2/(cSt),calcule el
valor de H como sigue:
9785.111684.0 2 −+= YYH
Donde:
H= viscosidad cinemática en mm2/ (cSt) a 40ºC de un aceite de IV =100 teniendo la
misma viscosidad cinemática a 100ºC del aceite cuyo índice de viscosidad eta por ser
calculado.
Y=viscosidad cinemática en mm2/ (cSt) a 100ºCdel aceite cuyo IV esta para ser
calculado.
1.3) Calcule el índice de viscosidad como sigue:
( )( ) ( )Y
UHN
NantiIV
logloglog
10000715.0
1log −=+
−=
Donde:
U= viscosidad cinemática en mm2 a 40ºC del aceite cuyo índice de viscosidad esta para
ser calculado.
Tabla 2.6. Valores para L y H para un sistema de vi scosidad cinemática a 40-100 ºC
Viscosidad Cinemática a 100 ºC
L H Viscosidad Cinemática a 100 ºC
L H
4.4 30.48 22.92 19.9 488.6 227.7
7 78.00 48.57 20 493.2 229.5
15 296.5 149.7 24.2 694.5 305.6
15.7 321.1 160.1 34 1286 509.6
18.1 412.6 197.8
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 23
Figura 2.4. Viscosímetro con calentamiento a 40ºC d e un aceite usado
RESULTADOS
Tabla 2.7. Índice de viscosidad
Tipo de aceite Índice de Viscosidad
Roshfrans 108
ESSO 112
Bardahl 121
Básico Ligero 195 NU
EV
OS
Básico Pesado 100
Roshfrans 102
ESSO 130
Bardahl 114
Básico Ligero 177 US
AD
OS
Básico Pesado 101
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 24
2.2.3. Punto de Inflamación (ASTM-D-93)
El punto de inflamación de un aceite lo determina la temperatura mínima a la cual los vapores
desprendidos se inflaman en presencia de una llama. Para un producto del petróleo o material
combustible, la temperatura de inflamación es importante como una indicación entre los límites de
peligrosidad y explosividad relacionados con su utilización.
El punto de ignición es la temperatura mínima necesaria para que los vapores generados por un
combustible comiencen a arder.
El significado de esta prueba radica en conocer la temperatura a la cual los vapores del producto
pueden mantener una combustión instantánea en presencia de una fuente de calor.
Este método puede ser utilizado para conocer o detectar algún contaminante dentro de un aceite
lubricante básico por contener pequeñas cantidades de materia volátil.
Para calcular la temperatura de inflamación, es importante conocer la presión ambiental, ya que
existe variación con respecto a esta variable, cuando la presión difiere de 760 mmHg (101.3 Kpa),
la temperatura de inflamación se puede corregir con las siguientes formulas:
( )PTioTic −+= 760033.0
Donde:
Tic=Temperatura de Inflamación corregida, °C
Tio=Temperatura de Inflamación observada, °C
P= Presión barométrica ambiental en la Ciudad de México, 585 mmHg.
Experimentación Termómetros: -5 a 110ºC para flash entre -6.7 y 104.4ºC
-90 a 370 para flash entre 104.4 y 371.1ºC
1. El aparato y sus accesorios deben de estar totalmente limpios y secos.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 25
2. Llenar la copa del aceite hasta el nivel indicado.
3. Insertar el termómetro y ajustar la flama, aplicando calor elevar la temperatura de 5 a 6 ºC por
minuto como se muestra en la figura 2.5.
4. El punto de inflamación es la temperatura mínima a la cual los vapores desprendidos se
inflaman en presencia de una llama como se muestra en la figura 2.6., si se continua con el
calentamiento y la presencia de la llama produce la combustión de la muestra durante 5 segundos
se ha encontrado el punto de ignición como se observa en la figura 2.7.
5. Si la muestra tiene un “flash” de 104.4 ºC menor, aplíquese la flama de prueba cuando la
temperatura este en 10 ºC debajo de la temperatura de inflamación esperada y a intervalos de 1ºC
hasta obtener el flash, introduciendo la flama de prueba.
6. Si la muestra tiene un “flash” arriba de 104.4 ºC, aplique la flama de prueba cuando la
temperatura este 16ºC debajo de ella y a partir de entonces aplíquese a intervalos de 2ºC hasta el
flash del producto.
Los resultados de la temperatura de inflamación e ignición se muestran en la tabla 2.8.
Figura 2.5. Equipo para la determinación de la temp eratura de inflamación e ignición
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 26
Figura 2.6. Punto de inflamación Figura 2.7. Punto de ignición
RESULTADOS
Tabla 2.8. Temperatura de Inflamación e Ignición
Tipo de aceite Temperatura de
Inflamación
Temperatura de
Ignición
Roshfrans 250ºC 276ºC
ESSO 228ºC 252ºC
Bardahl 226ºC 262ºC
Básico Ligero 198ºC 216ºC NU
EV
OS
Básico Pesado 232ºC 280ºC
Roshfrans 230ºC 266ºC
ESSO 216ºC 242ºC
Bardahl 204ºC 244ºC
Básico Ligero 195ºC 213ºC US
AD
OS
Básico Pesado 229ºC 276ºC
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 27
2.2.4. Punto de Escurrimiento (ASTM-D-97)
La temperatura de escurrimiento, es la temperatura más baja en la cual el aceite solamente fluirá
bajo condiciones de prueba específicas, el método para determinar la temperatura de
escurrimiento de aceites lubricantes del petróleo es el ASTM-D-97.
La temperatura de escurrimiento de un aceite lubricante básico o de un aceite destilado del
petróleo es un índice que indica la temperatura mas baja en el cual un aceite puede permanecer
con fluidez para ser vaciado.
Ésta temperatura en un aceite lubricante básico es importante en su capacidad o habilidad para
lubricar temperaturas especificas y en combustibles es indispensable para conocer hasta que
temperatura se podrá usar para que éste pueda fluir sin causar taponamiento en tuberías y
accesorios.
La temperatura de congelación es a partir de la cual el aceite pierde sus características de fluido
para comportarse como una sustancia sólida.
Procedimiento Es útil conocer hasta que temperatura un aceite del petróleo puede llegar antes de perder sus
características de fluido.
Si un aceite lubricante es lo suficientemente enfriado, éste alcanzará una temperatura a la cual no
fluirá mas, bajo la influencia de la gravedad. Esta condición puede ser causada tanto por el
espesamiento del aceite que por lo general va acompañado por la reducción de la temperatura,
como también por la cristalización de los materiales parafínicos que están contenidos en el aceite y
que pueden reducir el flujo de la parte fluida.
Un aceite que no fluye por si mismo a una baja temperatura, no dará una lubricación satisfactoria.
El rango hasta el cual un aceite puede ser enfriado de forma segura, es llamado el punto de
fluidez, que es la temperatura a la cual un aceite puede fluir desde su recipiente por si mismo. El
comportamiento de un aceite a baja temperatura depende principalmente del tipo del crudo del
cual es refinado, el método de refinación y la presencia de aditivos.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 28
Las bases parafínicas contienen compuestos que permanecen completamente en solución a
temperaturas ordinarias, sin embargo cuando la temperatura baja, éstos compuestos parafínicos
se empiezan a cristalizar hasta hacerlo por completo a una temperatura mas baja que el punto de
fluidez. En este punto el aceite no fluirá por si mismo bajo la influencia de la gravedad.
Experimentación:
1. Escurrir la muestra dentro de la jarra de prueba hasta el nivel de la marca como se observa en
la figura 2.10., cuando sea necesario, calentar la muestra en un baño con agua hasta que este
suficientemente fluida como se muestra en la figura 2.8. para escurrir dentro de la jarra de prueba.
2. Cerrar la jarra de prueba herméticamente con el corcho que tiene el termómetro, en posición
vertical en el centro del tubo, de modo que el bulbo del termómetro quede sumergido en tal forma
que el capilar empiece 3 mm debajo de la superficie de la muestra.
3. Para la medición del punto de escurrimiento la muestra en la jarra de prueba debe seguir el
siguiente tratamiento preliminar:
a) El disco se coloca en el fondo de la chaqueta y el tubo de prueba, con el empaque anular.
Coloque el empaque 25mm arriba del fondo dentro de la chaqueta. El disco, el empaque y el
interior de la chaqueta, deben de estar limpios y secos.
b) Después de que el aceite ha sido suficientemente enfriado para permitir la formación de
cristales de parafina, se debe de tener cuidado de no mover la masa del aceite o permitir
que el termómetro se mueva dentro del aceite, cualquier disturbio de la red esponjosa de los
cristales de parafina, conduce a resultados bajos y erróneos,
c) La temperatura de escurrimiento es expresado en enteros que son positivos o negativos y
múltiplos de 3ºC. Empezando a una temperatura de 9ºC arriba de la temperatura de
escurrimiento esperada. En cada lectura del termómetro de prueba que sea múltiplo de 3ºC,
se saca el tubo de prueba cuidadosamente de la chaqueta, y se inclina solo lo suficiente
para reconocer si hay movimiento del aceite. La operación completa de quitar y volver a
colocar el tubo, no debe de requerir más de 3s.
d) Si la muestra no ha cesado de fluir cuando esta la temperatura ha alcanzado 27ºC, transferir
la jarra de prueba hasta la temperatura próxima del baño como se muestra en la figura 2.9.
de acuerdo a la siguiente cedula:
La muestra está en +27°C, mover a un baño de 0°C
La muestra está en +09°C, mover a un baño de -18°C
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 29
La muestra está en -06°C, mover a un baño de -33°C
La muestra está en -24°C, mover a un baño de -51°C
La muestra está en -42°C, mover a un baño de -69°C
e) La prueba se debe continuar en esta forma hasta que se llegue al punto en que el aceite que
se halla en el tubo de prueba ya no muestre ningún movimiento cuando el tubo se sostiene
en posición horizontal durante exactamente 5 s. Éste punto se conoce como punto de
congelación y para reportar el de escurrimiento se deben restar 3ºC a dicha temperatura
como se muestra en la tabla 2.9.
Figura 2.8. Calentamiento a baño María Figura 2.9. Equipo de enfriamiento
Figura 2.10. Muestras para la prueba de escurrimien to
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 30
RESULTADOS
Tabla 2.9. Temperatura de Escurrimiento y Temperatu ra de Congelación
Tipo de aceite Temperatura
de
Escurrimiento
Temperatura
de
Congelación
Roshfrans -12ºC -15ºC
ESSO -18ºC -21ºC
Bardahl -15ºC -18ºC
Básico Ligero -12ºC -15ºC NU
EV
OS
Básico Pesado -9ºC -12ºC
Roshfrans -15ºC -18ºC
ESSO -30ºC -33ºC
Bardahl -24ºC -27ºC
Básico Ligero -15ºC -18ºC US
AD
OS
Básico Pesado -12ºC -15ºC
2.2.5. Gravedad Específica (ASTM-D-1298)
Está propiedad está ligada con los términos densidad, peso especifico y gravedad API.
Prácticamente todos los productos líquidos del petróleo son manejados y vendidos en base
volumétrica, por galón, barril, carro tanque etc.
Asimismo, en muchos casos, es importante conocer el peso del producto o muestra. La densidad
es una expresión que relaciona una medida absoluta del peso y volumen del producto.
Cualquier producto se expande cuando es calentado, reduciéndose por consiguiente el peso por
unidad de volumen. Debido a esto, la densidad es usualmente reportada a una temperatura
normal. De ahí que la densidad se pueda expresar a través de la gravedad específica o peso
específico.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 31
Para productos del petróleo, la gravedad específica es la relación del peso de un volumen dado del
producto y el peso de un volumen igual de agua a la misma temperatura. La temperatura de
referencia estándar es 15.5 °C. La gravedad específ ica puede ser determinada a través de un
hidrómetro de vidrio, el cual provee una lectura directa de la escala graduada en la posición
sumergida en el líquido o producto a la temperatura de prueba, para posteriormente realizar las
conversiones adecuadas para llevar el dato a la temperatura requerida.
Otra forma de expresar la densidad es a través del peso específico. Para productos del petróleo la
gravedad API es una forma de representar la gravedad específica a través de una escala arbitraria
de acuerdo a la siguiente formula:
5.1315.1415.155.15
−=D
APIGravedad
Procedimiento Este método cubre la determinación en productos de petróleo o mezclas de estos con otros
productos que son líquidos normalmente. Los valores se miden con densímetro o hidrómetro a la
temperatura y mediante el uso de las tablas 2.11. y 2.12. se convierte a los respectivos valores de
20/4 ºC, obteniendo así el peso especifico de la relación de la masa de un volumen dado de líquido
a 20 ºC y la masa de un volumen igual de agua pura a 4 ºC. [7] El diámetro interno del hidrómetro
debe ser por lo menos de 2.5 cm. entre el fondo del mismo y el fondo de la probeta.
Experimentación:
1. Enjuagar la probeta que se va a utilizar y llenarla con la muestra, a una altura aproximadamente
de 5 cm. debajo del borde de la misma.
2. Sumergir el hidrómetro en el liquido como se observa en la figura 2.11., se deja flotar libremente,
procurando que salgan las burbujas de aire que estén pegadas al hidrómetro, éste no debe tocar el
fondo ni las paredes de la probeta.
3. Realizar la lectura del peso específico, éste se toma en el punto donde coincida la superficie del
líquido y la graduación del hidrómetro.
4. Tomar la temperatura de la muestra en el momento que se realiza la prueba, dejando que se
estabilice la temperatura en el termómetro. Se tendrá entonces el peso específico a la temperatura
de prueba como se muestra en la tabla 2.10.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 32
Figura 2.11. Medición de densidad a 25ºC
RESULTADOS
Tabla 2.10. Densidad a 25ºC ( )254D
Tipo de aceite Cantidad de
muestra (ml) Densidad
Roshfrans 70 ml 0.885
ESSO 70 ml 0.868
Bardahl 70 ml 0.888
Básico Ligero 70 ml 0.873 NU
EV
OS
Básico Pesado 70 ml 0.898
Roshfrans 70 ml 0.900
ESSO 70 ml 0.882
Bardahl 70 ml 0.900
Básico Ligero 70 ml 0.871 US
AD
OS
Básico Pesado 60 ml 0.940
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 33
Para la determinación de la gravedad API es necesario aplicar las formulas, considerando las
siguientes constantes. Los resultados se muestran en la tabla 2.13.
Tabla 2.11. Factor de correlación “c” para diferent es densidades
Peso Específico Factor “c” Peso Específico Factor “ c”
0.6900—0.6999 0.000910 0.8500—0.8599 0.000699
0.7000—0.7099 0.000897 0.8600—0.8699 0.000685
0.7100—0.7199 0.000884 0.8700—0.8799 0.000673
0.7200—0.7299 0.000870 0.8800—0.8899 0.000660
0.7300—0.7399 0.000857 0.8900—0.8999 0.000647
0.7400—0.7499 0.000844 0.9000—0.9099 0.000633
0.7500—0.7599 0.000831 0.9100—0.9199 0.000620
0.7600—0.7699 0.000818 0.9200—0.9299 0.000607
0.7700—0.7799 0.000805 0.9300—0.9399 0.000594
0.7800—0.7899 0.000792 0.9400—0.9499 0.000581
0.7900—0.7999 0.000778 0.9500—0.9599 0.000567
0.8000—0.8099 0.000765 0.9600—0.9699 0.000554
0.8100—0.8199 0.000752 0.9700—0.9799 0.000541
0.8200—0.8299 0.000738 0.9800—0.9899 0.000528
0.8300—0.8399 0.000725 0.9900—1.0000 0.000515
0.8400—0.8499 0.000712
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 34
Tabla 2.12. Factor de correlación (c’) para transfo rmación 5.155.15D en 20
4D e inverso
204D Factor c’ 20
4D Factor c’
0.700—0.710 0.0051 0.830—0.840 0.0044
0.710—0.720 0.0550 0.840—0.850 0.0043
0.720—0.730 0.0050 0.850—0.860 0.0042
0.730—0.740 0.0049 0.860—0.870 0.0042
0.740—0.750 0.0049 0.870—0.880 0.0041
0.750—0.760 0.0048 0.880—0.890 0.0041
0.760—0.770 0.0048 0.890—0.900 0.0040
0.770—0.780 0.0047 0.900—0.910 0.0040
0.780—0.790 0.0046 0.910—0.920 0.0039
0.790—0.800 0.0046 0.920—0.930 0.0038
0.800—0.810 0.0045 0.930—0.940 0.0038
0.810—0.820 0.0045 0.940—0.950 0.0037
0.820—0.830 0.0044
CÁLCULOS DE LA GRAVEDAD API
( )TTcDD −+= 1254
204
´204
5.155.15 cDD +=
5.1315.1415.155.15
−=D
APIGravedad
( )
8883.0
202500066.0885.0204
204
=
−+=
D
D
892.0
0041.08883.05.155.15
5.155.15
=
+=
D
D
27.132APIGravedad
5.131892.0
5.141
=
−=APIGravedad
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 35
RESULTADOS
Tabla 2.13. Gravedad Específica
Tipo de aceite Densidad 254D
Factor c
Densidad 204D
Factor c’
Densidad 5.155.15D
Gravedad API
Roshfrans 0.885 0.00066 0.8883 0.0041 0.892 27.132
ESSO 0.868 0.000685 0.8714 0.0041 0.875 30.214
Bardahl 0.884 0.00066 0.8873 0.0041 0.891 27.31
Básico Ligero 0.873 0.000673 0.8764 0.0041 0.880 29.296
NU
EV
OS
Básico Pesado 0.898 0.000647 0.9012 0.0040 0.906 24.681
Roshfrans 0.900 0.000633 0.9032 0.0040 0.907 24.509
ESSO 0.882 0.00066 0.8853 0.0041 0.889 27.668
Bardahl 0.897 0.000647 0.9000 0.0040 0.904 25.027
Básico Ligero 0.874 0.000673 0.8774 0.0041 0.881 29.113 US
AD
OS
Básico Pesado 0.940 0.000633 0.9432 0.0040 0.947 17.919
2.2.6. Color ASTM (ASTM-D-1500)
El color de una muestra de aceite lubricante básico se mide en un contenedor de vidrio
estandarizado por comparación del color de la luz trasmitida con una serie de estándares de vidrio
numerados. Esta prueba es utilizada para propósitos de control en la refinación del petróleo.
El color del aceite lubricante no siempre es una guía confiable para conocer la calidad del
producto, aunque es una prueba de apoyo para conocer si existe descomposición térmica, arrastre
de material bituminoso pesado o contaminación con otros productos.
El método de prueba cubre la determinación visual del color de una amplia variedad de productos
del petróleo. Tales como aceites lubricantes, aceites de calentamiento, parafinas. etc.
El colorímetro Fisher se muestra en la figura 2.12. es un aparato usado extensamente para
determinar el color de los aceites lubricantes (método ASTM D 1500), consiste de una fuente de
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 36
luz, tipos de virio coloridos, compartimiento con cubierta para los recipientes conteniendo liquidos y
un ocular para efectuar la observación. El color determinado es conocido como color ASTM.
Procedimiento
El recipiente con la muestra se colocara en la parte derecha del compartimiento, mientras que en
la izquierda, se colocara otro recipiente igual con agua destilada colocando la cubierta, se
enciende la lámpara eléctrica. El color del aceite se obtiene determinando que tipo colorido
coincide más estrechamente en color con el problema cuando se observa el campo óptico.
Experimentación para aceites de color mayor a 8
Dichos aceites deberán ser diluidos con kerosina incolora de color saybolt menor de 21. La
observación será de la misma forma descrita anteriormente.
Los números designados al color de la muestra que tenga que ser diluida serán reportados
seguida de la palabra “dil”. Los resultados se observan en la tabla 2.14.
Figura 2.12. Colorímetro Fisher
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 37
RESULTADOS
Tabla 2.14. Color ASTM
Tipo de aceite Color ASTM
Roshfrans 4.5
ESSO 3.0
Bardahl 5.5
Básico Ligero 2.5 NU
EV
OS
Básico Pesado 6.0
Roshfrans 6 DIL 1 ml aceite
80 ml kerosina
ESSO 5.5 DIL 1 ml aceite
65 ml kerosina
Bardahl 8.0 DIL 1 ml aceite
70 ml Kerosina
Básico Ligero 8.0 DIL 1 ml aceite
30 ml Kerosina
US
AD
OS
Básico Pesado 8.0 DIL 1 ml aceite
60 ml Kerosina
2.3. Técnica de infrarrojo
Espectroscopia infrarroja (Espectroscopia IR) es la rama de la espectroscopia que trata con la
parte infrarroja del espectro electromagnético. Ésta cubre un conjunto de técnicas, siendo la más
común una forma de espectroscopia de absorción. Así como otras técnicas espectroscópicas,
puede usarse para identificar un compuesto e investigar la composición de una muestra. Ésta se
puede dividir según el tipo de la radiación que se analiza, en:
• Espectroscopia del Infrarrojo cercano
• Espectroscopia del infrarrojo medio
• Espectroscopia del infrarrojo lejano
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 38
La porción infrarroja del espectro electromagnético se divide en tres regiones; el infrarrojo cercano,
medio y lejano, así nombrados por su relación con el espectro visible. El infrarrojo lejano
(aproximadamente 400-10 cm-1) se encuentra adyacente a la región de microondas, posee una
baja energía y puede ser usado en espectroscopia rotacional. El infrarrojo medio
(aproximadamente 4000-400 cm-1) puede ser usado para estudiar las vibraciones fundamentales y
la estructura rotacional vibracional, mientras que el infrarrojo cercano (14000-4000 cm-1) como se
observa en la figura 2.13. puede excitar sobretonos o vibraciones armónicas.
La espectroscopia infrarroja se basa en el hecho de que las moléculas tienen frecuencias a las
cuales rotan y vibran, es decir, los movimientos de rotación y vibración moleculares tienen niveles
de energía discretos (modos normales vibracionales). Las frecuencias resonantes o frecuencias
vibracionales son determinados por la forma de las superficies de energía potencial molecular, las
masas de los átomos y, eventualmente por el acoplamiento vibrónico asociado. Para que un modo
vibracional en una molécula sea activa al IR, debe estar asociada con cambios en el dipolo
permanente. Sin embargo, las frecuencias resonantes pueden estar en una primera aproximación
relacionadas con la fuerza del enlace, y la masa de los átomos a cada lado del mismo. Así, la
frecuencia de las vibraciones puede ser asociada con un tipo particular de enlace.
Para medir una muestra, un rayo de luz infrarroja atraviesa la muestra, y se registra la cantidad de
energía absorbida en cada longitud de onda. Ésto puede lograrse escaneando el espectro con un
rayo monocromático, el cual cambia de longitud de onda a través del tiempo, o usando una
transformada de Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez. A partir de esto, se
puede trazar un espectro de transmitancia o absorbancia, el cual muestra a cuales longitudes de
onda la muestra absorbe el IR, y permite una interpretación de cuales enlaces están presentes.
Figura 2.13. Correlaciones en espectroscopia infrar roja
Las absorciones se expresan en cm-1
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 39
4000
.036
0032
0028
0024
0020
0018
0016
0014
0012
0010
0080
065
0.0
56.06065707580859095
101.
2
cm-1
%T
2921
.31
2852
.64
1459
.4813
76.7
5
721.
74
Grá
fica
2.1.
Esp
ectr
o R
oshf
rans
Nue
vo
RESULTADOS .
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 40
4000
.036
0032
0028
0024
0020
0018
0016
0014
0012
0010
0080
065
0.0
56.06065707580859095100
101.
8
cm-1
%T
292
1.28
2852
.51
1459
.3313
76.8
0
975.
04
722.
01
Grá
fica
2.2.
Esp
ectr
o B
arda
hl N
uevo
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 41
4000
.036
0032
0028
0024
0020
0018
0016
0014
0012
0010
0080
065
0.0
56.06065707580859095100
101.
7
cm-1
%T
2921
.69
2852
.91
1459
.021
376.
84
722.
07
Grá
fica
2.3.
Esp
ectr
o B
ásic
o Li
gero
Nue
vo
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 42
4000
.036
0032
0028
0024
0020
0018
0016
0014
0012
0010
0080
065
0.0
56.06065707580859095100
101.
7
cm-1
%T
2921
.18
2852
.44
1459
.1813
76.7
2
722.
03
Grá
fica
2.4.
Esp
ectr
o B
ásic
o P
esad
o N
uevo
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 43
4000
.036
0032
0028
0024
0020
0018
0016
0014
0012
0010
0080
065
0.0
56.06065707580859095100
101.
5
cm-1
%T
2921
.41
285
2.61
1459
.4013
76.7
0
722.
00
Grá
fica
2.5
. Esp
ectr
o R
oshf
rans
Usa
do
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 44
4000
.036
0032
0028
0024
0020
0018
0016
0014
0012
0010
0080
065
0.0
56.06065707580859095100
101.
8
cm-1
%T
2921
.63
2852
.84
1459
.291
376.
88
1056
.80
721.
92
Grá
fica
2.6.
Esp
ectr
o B
arda
hl U
sado
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 45
4000
.036
0032
0028
0024
0020
0018
0016
0014
0012
0010
0080
065
0.0
56.06065707580859095100
101.
8
cm-1
%T
Grá
fica
2.7.
Com
para
ción
de
Esp
ectr
os
Ros
hfra
ns N
uevo
B
arda
hl N
uevo
B
ásic
o Li
gero
Nue
vo
Bás
ico
Pes
ado
Nue
vo
Ros
hfra
ns U
sado
B
arda
hl U
sado
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 46
CAPITULO 3
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Un aceite lubricante comercial está formulado por un paquete de aditivos que mejoran sus
características y una base de aceite mineral la cual es una mezcla entre los cortes ligeros y
pesados del petróleo, éstos últimos en mayor proporción debido a que representan un costo de
obtención menor. Teniendo en consideración lo anterior la relación del aceite ligero contenido en la
mezcla varía dependiendo del fabricante.
Después del uso que tienen los aceites lubricantes sus propiedades físicas y químicas son
alteradas, se aplicaron los métodos de caracterización para observar el grado de afectación que
sufren y con base en los resultados se tiene el siguiente razonamiento:
• Viscosidad Cinemática cSt a 40 y 100°C (ASTM-D-445 )
La viscosidad cinemática del aceite básico ligero nuevo es mayor a la del desgastado, y en el
aceite básico pesado el comportamiento es de manera inversa, debido a su composición química.
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100
Temperatura ºC
Vis
cosi
dad
Cin
emát
ica
sCt
Básico Ligero Nuevo Básico Ligero Desgastado
Gráfica 3.1. Comparación de Viscosidades a diferent es temperaturas del aceite básico ligero nuevo y usado
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 47
0
300
600
900
1200
1500
1800
0 20 40 60 80 100
Temperatura ºC
Vis
cosi
dad
Cin
emát
ica
sCt
Básico Pesado Nuevo Básico Pesado Desgastado
Gráfica 3.2.Comparación de Viscosidades a diferente s temperaturas del aceite básico pesado nuevo y usado
La viscosidad del aceite Roshfrans usado aumenta en comparación a la del Roshfrans nuevo por
lo que se asemeja al comportamiento del básico pesado.
0
100
200
300
400
500
600
0 20 40 60 80 100
Temperatura ºC
Vis
cosi
dad
Cin
emá
tica
sCt
Roshfrans Nuevo Roshfrans Usado
Gráfica 3.3. Comparación de Viscosidades a diferent es temperaturas del aceite Roshfrans nuevo y
usado
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 48
Los aceites ESSO y Bardahl nuevos presentan una viscosidad cinemática mayor en relación con
los usados, lo que indica que su tendencia es hacia un básico con mayor contenido de ligero, uno
en mayor proporción que el otro.
0
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80 100
Temperatura ºC
Vis
cosi
dad
Cin
em
átic
a s
Ct
ESSO Nuevo ESSO Usado
Gráfica 3.4. Comparación de Viscosidades a diferent es temperaturas del aceite ESSO nuevo y usado
0
100
200
300
400
500
600
700
0 20 40 60 80 100
Temperatura ºC
Vis
cosi
da
d C
ine
má
tica
sC
t
Bardahl Nuevo Bardahl Usado
Gráfica 3.5. Comparación de Viscosidades a diferent es temperaturas del aceite Bardahl nuevo y
usado
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 49
• Índice de Viscosidad (ASTM-D-2270)
Los aceites básicos tienen un índice de viscosidad alto, es decir, que no existe un cambio notable
de la viscosidad con respecto al cambio de la temperatura. Aunque ambos básicos son buenos, el
ligero presenta un mayor índice de viscosidad en relación al pesado, lo que indica mejor
estabilidad en su viscosidad con el aumento de la temperatura.
Se nota que los aceites analizados poseen un buen índice de viscosidad, aunque el aceite
Roshfrans es más susceptible al cambio de temperatura por lo que se considera monogrado,
comparado con el ESSO y el Bardahl que son multigrado. Se revalida la constitución química de
los aceites, es decir que el aceite Roshfrans tiende a una composición de mayor cantidad de aceite
básico pesado que el aceite ESSO y el Bardahl.
0
40
80
120
160
200
240
Índi
ce d
e V
isco
sida
d
1Roshfrans Nuevo ESSO Nuevo Bardahl Nuevo
Básico Ligero Nuevo Básico Pesado Nuevo
Gráfica 3.6. Índice de Viscosidad de los aceites nu evos
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 50
• Punto de Inflamación (ASTM-D-93)
Existe una disminución en la temperatura de inflamación e ignición de los aceites nuevos
comparándolos con los usados. La disminución de la temperatura se presenta en relación a la
base de la cual proviene el aceite nuevo, es decir, el aceite Roshfrans tiene una tendencia al aceite
básico pesado ya que estos presentaron los puntos más altos de temperatura.
0
50
100
150
200
250
300
Tem
per
atu
ra º
C
1Roshfrans Nuevo Roshfrans UsadoESSO Nuevo ESSO UsadoBardahl Nuevo Bardahl UsadoBásico Ligero Nuevo Básico Ligero DesgastadoBásico Pesado Nuevo Básico Pesado Desgastado
Gráfica 3.7. Comparación de la temperatura de infla mación de las muestras nuevas y usadas
0
50
100
150
200
250
300
350
Tem
pera
tura
ºC
1Roshfrans Nuevo Roshfrans UsadoESSO Nuevo ESSO UsadoBardahl Nuevo Bardahl UsadoBásico Ligero Nuevo Básico Ligero DesgastadoBásico Pesado Nuevo Básico Pesado Desgastado
Gráfica 3.8. Comparación de la temperatura de ignic ión de las muestras nuevas y usadas
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 51
• Punto de Escurrimiento (ASTM-D-97)
El aceite básico ligero alcanzó una menor temperatura que el aceite básico pesado, debido a que
su composición molecular es de cadenas más cortas.
El aceite Rorshfrans en similitud con el básico pesado obtuvo un valor de temperatura más
cercano a cero, en caso contrario, los aceites ESSO y Bardahl alcanzaron un valor más lejano al
cero, por lo que su formulación presenta una cantidad mayor de aceite básico ligero comparado
con el aceite Rorshfrans.
Los aceites usados presentan una disminución de temperatura comparados con los aceites nuevos
esto es debido al contenido de aditivos (Depresores del punto de escurrimiento).
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Tem
per
atu
ra ºC
Roshfrans Nuevo Roshfrans UsadoESSO Nuevo ESSO UsadoBardahl Nuevo Bardahl UsadoBásico Ligero Nuevo Básico Ligero DesgastadoBásico Pesado Nuevo Básico Pesado Desgastado
Gráfica 3.9. Comparación de la temperatura de escur rimiento de las muestras nuevas y
usadas
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 52
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Tem
pera
tura
ºC
Roshfrans Nuevo Roshfrans UsadoESSO Nuevo ESSO UsadoBardahl Nuevo Bardahl UsadoBásico Ligero Nuevo Básico Ligero DesgastadoBásico Pesado Nuevo Básico Pesado Desgastado
Gráfica 3.10. Comparación de la temperatura de cong elación de las muestras nuevas y usadas
• Gravedad Específica (ASTM-D-1298)
Las densidades de los aceites nuevos son menores a la de los usados y sucede de manera
opuesta con la gravedad API. En los aceites básicos, el ligero presenta una gravedad API mayor
que el aceite básico pesado tanto en los nuevos como en los desgastados, el aceite Roshfran
mantiene su comportamiento de aceite pesado ya que tiene menor gravedad API que el aceite
ESSO y Bardahl.
0
5
10
15
20
25
30
35
Gra
vedad A
PI
Roshfrans NuevoRoshfrans Nuevo Roshfrans UsadoESSO Nuevo ESSO Usado
Bardahl Nuevo Bardahl UsadoBásico Ligero Nuevo Básico Ligero DesgastadoBásico Pesado Nuevo Básico Pesado Desgastado
Gráfica 3.11. Comparación de la gravedad API de las muestras nuevas y usadas
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 53
• Color ASTM (ASTM-D-1500
En todas las muestras se presentó un cambio en el color de los nuevos a los usados, tornándose
en un tono mas oscuro.
Figura 3.1. Comparación de Color del aceite Roshfra ns nuevo y usado
Figura 3.2. Comparación de Color del Figura 3.3. Comparación de Color del
aceite ESSO nuevo y usado aceite Bardahl nuevo y usado
• Infrarrojo
Con esta técnica se observó la composición química de los aceites lubricantes, la cual resultó
parafínica para todas las muestras, se trabajó en un rango de 4000-650 cm-1.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 54
CONCLUSIONES Y
TRABAJO A FUTURO
CONCLUSIONES
Debido al uso que tiene el aceite lubricante en el motor sus propiedades son modificadas ya que el
paquete de aditivos con el que cuenta se reduce, por lo cual el aceite usado se asemeja a las
características físicas de su aceite base.
En el motor del carro las temperaturas son elevadas lo que ocasiona un “cracking” térmico el cual
es un rompimiento de moléculas grandes en moléculas más pequeñas esto ocasiona una variación
en propiedades como las temperaturas de escurrimiento y de inflamación.
La viscosidad es la propiedad física más importante de un aceite y es una medida de la fricción
interna del lubricante en el motor; mientras menor sea la fricción fluirá con mayor facilidad y por lo
tanto la viscosidad será menor
El aceite desgastado puede tener una tendencia a aumentar o disminuir su viscosidad
dependiendo de la base del aceite
Al disminuir la viscosidad de un aceite se puede romper la película de lubricación, dando como
resultado el contacto metal-metal, ocasionando un desgaste en las piezas del motor y una
contaminación de partículas metálicas en el aceite. En el caso contrario, el aceite puede volverse
demasiado viscoso e impedir el funcionamiento adecuado de la maquinaria.
El índice de viscosidad es una medida de la variación de la viscosidad de un lubricante con la
temperatura y tendrá un impacto en el grosor de la película del aceite que tiene que proveer
lubricación al motor.
Un lubricante con un índice de viscosidad alto indica que su viscosidad varía poco con la
temperatura.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 55
Los aceites monogrados, son muy viscosos a temperatura ambiente pero pierden rápidamente su
viscosidad al elevarse la temperatura de trabajo en el motor.
Los multigrados poseen baja viscosidad a temperatura ambiente lo que permite que sea
bombeado con mayor rapidez dentro del motor durante el arranque en frío, reduciendo el desgaste
considerablemente y al aumentar la temperatura los aceites multigrado poseen una mayor
estabilidad de la viscosidad brindando así una mayor protección.
El punto de fluidez de un aceite esta relacionado con su habilidad para empezar a lubricar cuando
una maquina fría se pone a funcionar, la agitación puede romper la estructura cristalina que se
haya podido formar, si el aceite no esta realmente congelado restaurándole de este modo su
fluidez.
Un aceite con bajo punto de fluidez ayuda a una lubricación completa cuando un equipo es
arrancado en frío.
Las densidades de los aceites nuevos son menores a la de los usados ya que estos adquieren
partículas metálicas durante su uso en el motor del carro. La gravedad API es obtenida partir de la
densidad utilizándola como dividendo, por lo tanto los aceites usados presentan menor gravedad
que los aceites nuevos.
La tonalidad oscura de los aceites usados no indica que sus propiedades principales se hayan
perdido completamente, si no que está cumpliendo con la función de mantener limpio internamente
el motor. Si el aceite se torna negro rápidamente puede ser ocasionado por la acumulación de
contaminantes como hollin y residuos de combustión.
La técnica del infrarrojo ayuda a comprobar que después del uso los aceites conservan la base de
la que fueron formulados.
Después del desgaste de los aceites básicos se concluye que uno de los principales factores de
degradación son las altas temperaturas con las que el motor trabaja ya que esta modifica varias
propiedades fisicoquímicas con las que cuenta el aceite nuevo.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 56
El principal beneficio de este trabajo es que se logró conocer los cambios a los que están sujetos
los aceites lubricantes en el motor e identificar las propiedades fisicoquímicas que fueron
modificadas.
Los resultados de éste análisis sirven de apoyo para cualquier consulta de quien realice algún
cambio a ciertas propiedades o la regeneración del aceite lubricante ya que contienen las
principales variaciones de su comportamiento antes y después de su uso.
TRABAJO A FUTURO
Conociendo los cambios a los que están sujetos los aceites lubricantes en el motor se identifican
las propiedades que deben ser modificadas para su regeneración evitando la contaminación
producida por el manejo inadecuado del aceite usado, existen diverso métodos para la renovación
de los lubricantes.
Los resultados de éste trabajo sirven de apoyo ya que contienen los cambios en las principales
propiedades de los aceites lubricantes de motor a gasolina nuevos y usados, se cuenta también
con los datos de aceites básicos ligero y pesado, ya que después de la regeneración lo que se
obtendrá es una aceite sin el paquete de aditivos.
“ANÁLISIS DEL DESGASTE DE ACEITES LUBRICANTES DE MO TOR A GASOLINA”
Gabriela García Guerra Dulce Navidad López Hernández 57
REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS
1.- Refinación del petróleo. W.L. Nelson. Editorial Reverté S.A.
2.- Química Orgánica 2ª edición. L.G. Wade. Pearson Educación
3.- Normas ASTM
4.- www.llanocagua.com.ve/tips.php?id=3
5.- www.quiminet.com/ar7/ar_bcBuRsDFhgsA-de-donde-provienen-los-lubricantes.htm
6.- www.cal.org.ar/clasificacion.pdf
7.- www.wordreference.com/definicion/hidr%C3%B3metro
8.- www.essomobilborur.com/Articulos/Consejos%20de%20la%20Semana
9.- www.autotecnicatv.com.ar/MARCELOMARTINS/autos/Biblioteca/Diccio/P.html
10.- www.scribd.com/doc/261972/Recuperacion-o-reciclado-de-aceites-usados-de-motor
11.- www.bvsde.paho.org/bvsacd/congreso/animalub.pdf
12.- www.estrucplan.com.ar/articulos/verarticulo.asp?idarticulo=787
13.- www.spanish.xinhuanet.com/spanish/2008-09/05/content_711987.htm